KR20240001109A - Plasma processing devices and heating devices - Google Patents

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KR20240001109A
KR20240001109A KR1020237020938A KR20237020938A KR20240001109A KR 20240001109 A KR20240001109 A KR 20240001109A KR 1020237020938 A KR1020237020938 A KR 1020237020938A KR 20237020938 A KR20237020938 A KR 20237020938A KR 20240001109 A KR20240001109 A KR 20240001109A
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circular
circular waveguide
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KR1020237020938A
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히토시 다무라
노리히코 이케다
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주식회사 히타치하이테크
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Abstract

원편파를 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서, 반사파의 영향을 저감해서, 원편파를 효율적으로 플라스마 처리에 이용하는 것을 가능하게 하기 위해, 마이크로파를 발생하는 마이크로파원과, 이 마이크로파에 의해 발생시킨 플라스마를 사용해서 내부에 설치한 피처리물을 처리하는 플라스마 처리실과, 마이크로파원에 접속하는 직사각형 도파관과 플라스마 처리실에 접속하는 원형 도파관을 구비한 도파관부를 갖는 플라스마 처리 장치에 있어서, 원형 도파관의 내부에, 마이크로파에 의해 플라스마 처리실의 내부에 플라스마를 발생시킨 상태에 있어서 플라스마 처리실의 측으로부터 원형 도파관 내를 전파하는 반사파를 상쇄하는 반사파를 발생시키는 반사파 발생기를 설치했다.In a plasma processing device using circularly polarized waves, in order to reduce the influence of reflected waves and enable efficient use of circularly polarized waves for plasma processing, a microwave source that generates microwaves and plasma generated by the microwaves are used. A plasma processing device having a plasma processing chamber installed inside to process an object to be treated, a waveguide section including a rectangular waveguide connected to a microwave source and a circular waveguide connected to the plasma processing chamber, wherein the inside of the circular waveguide is transmitted by microwaves. With plasma generated inside the plasma processing chamber, a reflected wave generator was installed to generate a reflected wave that cancels out the reflected wave propagating inside the circular waveguide from the side of the plasma processing chamber.

Description

플라스마 처리 장치 및 가열 장치Plasma processing devices and heating devices

본 발명은, 플라스마 처리 장치 및 가열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing device and a heating device.

반도체 집적회로 소자의 생산에 플라스마 처리 장치가 사용되고 있다. 소자의 성능 향상과 비용 저감을 위해, 소자의 미세화가 진전되어 왔다. 종래는 소자의 2차원적인 미세화에 의해, 1매의 피처리 기판으로부터 제조할 수 있는 소자 수가 증가해서 소자 1개당의 제조 비용이 내려감과 함께, 배선 길이 단축 등 소형화의 효과로 성능 향상도 도모되어 왔다. 그러나 반도체 소자의 치수가 원자의 치수에 가까운 나노미터 오더로 되면, 2차원적인 미세화의 난이도가 현저히 높아져, 신재료나 3차원적인 소자 구조의 적용 등, 대응이 이루어지고 있다. 이들 구조 변경에 의해, 제조의 난이도가 올라감과 함께 제조 공정은 증가하고, 제조 비용의 증대가 심각한 문제로 되고 있다.Plasma processing devices are used in the production of semiconductor integrated circuit devices. In order to improve device performance and reduce costs, progress has been made in device miniaturization. Conventionally, due to the two-dimensional miniaturization of devices, the number of devices that can be manufactured from a single substrate to be processed increases, lowering the manufacturing cost per device, and improving performance through miniaturization effects such as shortening the wiring length. come. However, when the dimensions of semiconductor devices reach the nanometer order, which is close to the size of an atom, the difficulty of two-dimensional miniaturization increases significantly, and efforts are being made to respond, such as by applying new materials or three-dimensional device structures. Due to these structural changes, the difficulty of manufacturing increases, the manufacturing process increases, and the increase in manufacturing cost becomes a serious problem.

제조 도중의 반도체 집적회로 소자에 미소한 이물이나 오염 물질이 부착하면, 치명적인 결함으로 되기 때문에, 반도체 집적회로 소자는 이물이나 오염 물질을 배제하고 온도나 습도를 최적으로 제어한 클린룸 내에서 제조된다. 소자의 미세화에 수반해서, 제조에 필요한 클린룸의 청정도는 높아져, 클린룸의 건설이나 유지 운용에 막대한 비용이 필요해진다. 그 때문에, 클린룸 공간을 효율적으로 이용해서 생산하는 것이 요구된다. 이 관점에서, 반도체 제조 장치는 소형화와 저비용화가 엄격히 요구되고 있다.If a minute foreign matter or contaminant adheres to a semiconductor integrated circuit element during manufacturing, it can cause a fatal defect. Therefore, semiconductor integrated circuit elements are manufactured in a clean room where foreign matter or contaminant is excluded and temperature and humidity are optimally controlled. . With the miniaturization of devices, the cleanliness of the clean room required for manufacturing increases, and enormous costs are required for the construction and maintenance of the clean room. Therefore, it is required to produce products using clean room space efficiently. From this perspective, semiconductor manufacturing equipment is strictly required to be miniaturized and cost-effective.

또한 피처리 기판에 대한 플라스마 처리의 면내 균일성도 중요하다. 반도체 집적회로 소자의 제조에는 피처리 기판으로서 직경 300mm의 원반 형상의 실리콘 웨이퍼가 사용되는 경우가 많다. 이 실리콘 웨이퍼 상에 다수의 반도체 집적회로 소자를 제작할 경우가 많은데, 플라스마 처리의 면내 균일성이 나쁘면, 1매의 실리콘 웨이퍼로부터 취득할 수 있는 사양을 만족한 양품이 적어질 경우가 있다. 마찬가지로 각 피처리 기판마다의 플라스마 처리의 안정성도 중요하다. 플라스마 처리의 품질이 안정되지 않고, 예를 들면 경시적으로 품질이 변화할 경우는, 마찬가지로 양품의 비율이 저하될 경우가 있다.Additionally, the in-plane uniformity of the plasma treatment of the substrate being processed is also important. In the manufacture of semiconductor integrated circuit elements, a disk-shaped silicon wafer with a diameter of 300 mm is often used as a substrate to be processed. Many semiconductor integrated circuit elements are often manufactured on this silicon wafer, but if the in-plane uniformity of the plasma treatment is poor, there are cases where there are fewer good products that meet the specifications that can be obtained from a single silicon wafer. Likewise, the stability of plasma processing for each substrate to be processed is also important. If the quality of the plasma treatment is not stable and, for example, changes over time, the ratio of good products may similarly decrease.

전자파에 의해 플라스마를 발생하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 전자파로서 주파수가 수㎓ 정도, 전형적으로는 2.45㎓의 마이크로파를 사용한 장치가 널리 사용되고 있다. 특히 마이크로파와 정자계를 조합해서 일어나는 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance, 이하 ECR이라 칭함) 현상을 사용한 장치가 있고, 이 장치에서는, 극저압 등 플라스마의 생성이 통상은 곤란한 조건에서도 비교적 안정적으로 플라스마를 생성할 수 있는, 정자계의 분포에 의해 플라스마의 분포를 제어할 수 있는 등의 우수한 특징을 갖고 있다.In plasma processing devices that generate plasma by electromagnetic waves, devices that use microwaves with a frequency of about several GHz, typically 2.45 GHz, as the electromagnetic waves are widely used. In particular, there is a device that uses the Electron Cyclotron Resonance (hereinafter referred to as ECR) phenomenon, which occurs by combining microwaves and static fields. This device produces plasma relatively stably even under conditions where plasma production is normally difficult, such as extremely low pressure. It has excellent features such as being able to control the distribution of plasma by the distribution of the static field that can be generated.

마이크로파를 사용한 플라스마 처리 장치에서는, 마이크로파의 발진기로서 마그네트론이 널리 사용되지만, 최근은 고체 소자를 사용한 발진기도 사용되게 되어 왔다. 고체 소자를 사용한 발진기에서는 발진 주파수나 출력이 마그네트론에 비해 안정되는, 다양한 변조가 용이하게 가해지는 등의 이점이 있다. 또한 마이크로파 전력의 전송에 방형(方形) 도파관, 원형 도파관, 동축 선로 등이 사용된다. 그 외 마이크로파 발진기를 보호하기 위한 아이솔레이터, 부하와의 임피던스 부정합을 방지하기 위한 자동 정합기를 조합해서 사용하는 경우가 많다.In plasma processing devices using microwaves, magnetrons are widely used as microwave oscillators, but in recent years, oscillators using solid elements have also come to be used. Oscillators using solid elements have the advantage that the oscillation frequency and output are more stable than magnetrons, and various modulations can be easily applied. Additionally, rectangular waveguides, circular waveguides, coaxial lines, etc. are used to transmit microwave power. In addition, an isolator to protect the microwave oscillator and an automatic matcher to prevent impedance mismatch with the load are often used in combination.

이 기술분야에 관한 종래 기술로서, 특허문헌 1(일본국 특개평9-270386호 공보)에는, 공동 공진기 하부에 설치한 슬롯 안테나에서 마이크로파를 플라스마 처리실에 방사해서, 균일성이 좋은 플라스마를 발생시키는 것이 기재되어 있다.As a prior art in this technical field, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-270386) discloses a method for generating plasma with good uniformity by radiating microwaves to a plasma processing chamber from a slot antenna installed at the bottom of a cavity resonator. It is listed.

또한, 특허문헌 2(일본국 특허 제3855468호 공보)에는, 원편파 발생 수단을 사용해서 마이크로파를 원편파화하여 플라스마를 생성함으로써, 방위각 방향의 균일성을 향상시키는 것이 기재되어 있다.Additionally, Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3855468) describes improving uniformity in the azimuthal direction by circularly polarizing microwaves using a circularly polarized wave generating means to generate plasma.

일본국 특개평09-270386호 공보Japanese Patent Laid-Open Publication No. 09-270386 일본국 특허 제3855468호 공보Japanese Patent No. 3855468 Publication

특허문헌 1에는 공동 공진기 하부에 설치한 슬롯 안테나에서 마이크로파를 플라스마 처리실에 방사해서, 균일성이 좋은 플라스마를 발생시키는 것에 관한 것으로, 동축 선로의 최저차 모드인 TEM 모드에 의해 마이크로파를 공동 공진기에 공급하고 있지만, 공동 공진기와의 접속부에서의 반사를 저감하기 위해 선로 길이가 1/4 파장으로 되는 내부 도체 직경 또는 외부 도체 직경의 다른 동축 선로를 개재해서 접속하는 사례가 기재되어 있다.Patent Document 1 relates to generating plasma with good uniformity by radiating microwaves to a plasma processing chamber from a slot antenna installed at the bottom of a cavity resonator. Microwaves are supplied to the cavity resonator by TEM mode, which is the lowest-order mode of a coaxial line. However, in order to reduce reflection at the connection with the cavity resonator, a case is described in which the line length is connected via another coaxial line with an inner conductor diameter or outer conductor diameter of 1/4 wavelength.

이 특허문헌 1에 개시되어 있는 구성에서는, 전자계가 방위각 방향으로 변화하지 않는 동축 선로의 TEM 모드를 사용하고 있다. 그 때문에 원편파를 사용해서 방위각 방향으로 시간적으로 균일화할 필요는 없어, 이 사상은 포함하지 않는다.In the configuration disclosed in this patent document 1, the TEM mode of a coaxial line in which the electromagnetic field does not change in the azimuth direction is used. Therefore, there is no need to temporally equalize in the azimuth direction using circularly polarized waves, and this event is not included.

또한 반사파 저감을 위한 선로의 선로 길이를 1/4 파장으로 한정하고 있고, 당해 선로의 상단과 하단에서의 반사파를 사용한 반사파의 저감에 대해 개시하고 있다. 그 외 반사를 일으키는 접속부에 정합실을 개재시키는 기재가 있고, 당해 정합실의 높이와 직경을 최적화해서 반사파를 상쇄한다고 기재되어 있다. 그러나 당해 높이와 직경의 조정 방법에 대해서는 최적화한다는 기술에 그쳐, 최적화의 방법에 대한 개시는 없다.In addition, the line length of the line for reducing reflected waves is limited to 1/4 wavelength, and the reduction of reflected waves using reflected waves at the top and bottom of the line is disclosed. In addition, there is a description of interposing a matching chamber in the connection part that causes reflection, and it is described that the height and diameter of the matching chamber are optimized to cancel out the reflected waves. However, the method for adjusting the height and diameter is limited to optimization technology, and there is no disclosure of the optimization method.

또한, 특허문헌 1에서는 1/4 파장 선로를 사용한 방법이 개시되어 있지만, 반사파 저감을 위한 최적 치수를 구하는 방법의 개시는 없고, 시행착오적으로 실험을 반복해서 최적 치수를 구할 필요가 있어, 다대한 노력, 시간, 자금 등이 필요해지는 과제가 있다.In addition, although Patent Document 1 discloses a method using a 1/4 wavelength line, there is no disclosure of a method for obtaining the optimal size for reducing reflected waves, and it is necessary to obtain the optimal size by repeating experiments by trial and error, resulting in a large number of problems. There are tasks that require effort, time, and money.

또한, 원편파를 사용한 플라스마 처리 장치의 경우, 상기 반사파 저감을 위한 구조는 원편파를 저해하지 않는 구조인 것이 필요해진다. 즉 원편파를 반사파 저감을 위한 구조에 입사시킨 경우, 투과한 전자파의 축비(軸比)가 악화하지 않는 것이 필요해진다.Additionally, in the case of a plasma processing device using circularly polarized waves, the structure for reducing the reflected waves needs to be a structure that does not inhibit circularly polarized waves. That is, when circularly polarized waves are incident on a structure for reducing reflected waves, it is necessary to ensure that the axis ratio of the transmitted electromagnetic waves does not deteriorate.

또한 당해 마이크로파를 공급하기 위한 도파로를 통해 피처리 기판을 광학적으로 관찰하는 모니터 장치를 사용할 경우에는, 상기 반사파 저감을 위한 구조에 의해, 광학적으로 관찰하는 경로를 막지 않는 것이 필요해진다.Additionally, when using a monitor device that optically observes a substrate to be processed through a waveguide for supplying the microwaves, it is necessary to avoid blocking the optically observed path by using the structure for reducing reflected waves.

또한 특허문헌 2에는, 원편파 발생 수단을 사용해서 마이크로파를 원편파화하여 플라스마를 생성함으로써, 방위각 방향의 균일성을 향상시키는 것이 기재되어 있지만, 원반 형상의 피처리 기판을 처리하는 것에 대응해서, 플라스마 처리 장치를 축 대칭인 구성으로 하는 경우가 많다.Additionally, in Patent Document 2, it is described that uniformity in the azimuth direction is improved by circularly polarizing microwaves using a circularly polarized wave generating means to generate plasma, but in response to processing a disk-shaped substrate to be processed, Plasma processing devices are often configured to be axially symmetrical.

특허문헌 2에 개시되어 있는 구성에 있어서도, 장치의 중심축과 동축으로 원형 도파관을 배치하고, 당해 원형 도파관의 최저차 모드인 TE11 모드에서 마이크로파 전력을 전송하고 있다. 장치 구성을 피처리 기판과 동축의 축 대칭으로 함으로써 방위각 방향으로 균일한 플라스마의 생성을 노리고 있다. 그러나 원형 도파관의 최저차 모드인 TE11 모드는 방위각 방향으로 변화하는 모드이기 때문에, 원편파화에 의해, 마이크로파 1주기의 평균으로서 축 대칭인 전력 분포로 함으로써 축 대칭성이 좋은 플라스마를 생성하고 있다.In the configuration disclosed in Patent Document 2, a circular waveguide is arranged coaxially with the central axis of the device, and microwave power is transmitted in TE 11 mode, which is the lowest order mode of the circular waveguide. By making the device configuration coaxially symmetrical with the substrate being processed, we aim to generate uniform plasma in the azimuth direction. However, since the TE 11 mode, which is the lowest order mode of a circular waveguide, is a mode that changes in the azimuth direction, plasma with good axial symmetry is generated by circularly polarizing the power distribution to be axially symmetric as the average of one microwave cycle.

특허문헌 2에서 개시되어 있는 바와 같이, 원편파 발생 수단에 의해 원편파화한 마이크로파를 원형 도파관에서 전송하고, 당해 마이크로파에 의해 방위각 방향으로 균일한 플라스마를 생성할 경우, 원형 도파관으로부터 부하 측을 본 반사 계수가 크면, 다양한 불량, 예를 들면 원편파 발생 수단의 원편파화에 대한 동작 불량이나, 플라스마의 착화 불량, 큰 반사파에 의해 생기는 큰 정재파에 기인하는 이상 방전 등이 문제로 되는 경우가 있다.As disclosed in Patent Document 2, when microwaves circularly polarized by a circularly polarized wave generating means are transmitted through a circular waveguide and a uniform plasma is generated in the azimuthal direction by the microwaves, the load side is viewed from the circular waveguide. If the reflection coefficient is large, there may be problems with various defects, such as poor operation of the circularly polarized wave generation means in response to circular polarization, poor ignition of plasma, and abnormal discharge due to large standing waves generated by large reflected waves. .

또한 원편파 발생 수단은 부하 측의 반사 계수가 제로인 경우를 기준으로 설계되는 경우가 많고, 그 때문에 부하의 반사 계수가 크면, 원편파가 잘 발생할 수 없게 되어, 방위각 방향으로 균일한 전자계를 실현할 수 없게 될 경우가 있다.In addition, circularly polarized wave generation means are often designed based on the case where the reflection coefficient on the load side is zero. Therefore, if the reflection coefficient of the load is large, circularly polarized waves cannot be easily generated, making it impossible to realize a uniform electromagnetic field in the azimuth direction. There may be cases where it does not exist.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 과제를 해결해서, 원편파를 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서, 반사파의 영향을 저감해서, 원편파를 효율적으로 플라스마 처리에 이용하는 것을 가능하게 하는, 플라스마 처리 장치 및 가열 장치를 제공하는 것이다.The present invention solves the problems of the prior art described above and, in a plasma processing device using circularly polarized waves, reduces the influence of reflected waves and makes it possible to efficiently use circularly polarized waves for plasma processing and heating. The device is provided.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 원형 도파관을 통해 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 원형 도파관을 통해 플라스마 상태를 광학적으로 모니터하는 모니터 장치와, 원형 도파관의 내부에 배치되고 원편파를 생성하는 원편파 생성기와, 시료가 재치되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 원편파 생성기와 처리실 사이 또한, 원형 도파관의 내부에 배치된 반사파 생성기를 더 구비하고, 반사파 생성기는, 처리실로부터 전파하는 반사파를 원편파를 저해하지 않고 상쇄하는 반사파를 생성하고, 플라스마 상태를 광학적으로 모니터하기 위한 광로가 반사파 생성기에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a treatment chamber in which samples are treated with plasma, a high-frequency power source that supplies high-frequency power of microwaves through a circular waveguide, and a monitor device that optically monitors the plasma state through the circular waveguide; A plasma processing device comprising a circularly polarized wave generator disposed inside a circular waveguide and generating a circularly polarized wave, and a sample stand on which a sample is placed, comprising: a reflected wave generator disposed between the circularly polarized wave generator and the processing chamber and inside the circular waveguide; Additionally, the reflected wave generator generates a reflected wave that cancels out the reflected wave propagating from the processing chamber without interfering with the circularly polarized wave, and an optical path for optically monitoring the state of the plasma is formed in the reflected wave generator.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 시료가 가열되는 가열실과, 원형 도파관을 통해 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 원형 도파관의 내부에 배치되고 원편파를 생성하는 원편파 생성기를 구비하는 가열 장치에 있어서, 원편파 생성기와 가열실 사이 또한, 원형 도파관의 내부에 배치된 반사파 생성기를 더 구비하고, 반사파 생성기는, 가열실로부터 전파하는 반사파를 원편파를 저해하지 않고 상쇄하는 반사파를 생성하도록 구성했다.In addition, in order to solve the above-described problem, in the present invention, a heating chamber in which the sample is heated, a high-frequency power source that supplies high-frequency power of microwaves through a circular waveguide, and a circularly polarized wave disposed inside the circular waveguide and generating a circular polarized wave. A heating device including a generator, further comprising a reflected wave generator disposed between the circular polarized wave generator and the heating chamber and inside the circular waveguide, wherein the reflected wave generator cancels the reflected wave propagating from the heating chamber without interfering with the circular polarized wave. It is configured to generate reflected waves.

본 발명에 따르면, 반사파를 억제하는 구성으로 한 것에 의해, 마이크로파 전력이 효율적으로 처리실에 공급되므로, 플라스마의 생성 가능한 조건 범위가 확대함과 함께, 마이크로파 전력을 보다 효율적으로 활용할 수 있게 되었다.According to the present invention, by using a configuration that suppresses reflected waves, microwave power is efficiently supplied to the processing chamber, thereby expanding the range of conditions under which plasma can be generated and making it possible to utilize the microwave power more efficiently.

또한, 원편파나 광학적으로 피처리 기판을 관찰하는 모니터 장치를 사용한 플라스마 처리 장치에 있어서, 원편파를 저해하지 않고 광학 경로를 확보할 수 있게 되었다.Additionally, in a plasma processing apparatus using a monitor device that observes a substrate to be processed optically or circularly polarized waves, it has become possible to secure an optical path without interfering with the circularly polarized wave.

도 1은 종래 기술에 있어서의 마이크로파 플라스마 에칭 장치의 측면의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로파 플라스마 에칭 장치의 측면의 단면도.
도 3a의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사파 발생기를 나타내는 평면도, (b)는 측면의 단면도.
도 3b의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2개소에 노치부가 형성된 반사파 발생기를 나타내는 평면도, (b)는 측면의 단면도.
도 3c의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 4개소에 노치부가 형성된 반사파 발생기를 나타내는 평면도, (b)는 측면의 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로파를 사용한 가열 장치의 측면의 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 반사파 발생기를 나타내는 측면의 단면도.
1 is a cross-sectional view of the side of a microwave plasma etching device in the prior art.
Figure 2 is a cross-sectional side view of a microwave plasma etching device according to a first embodiment of the present invention.
3A (a) is a plan view showing a reflected wave generator according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a side cross-sectional view.
Figure 3b (a) is a plan view showing a reflected wave generator with notches formed at two locations according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a side cross-sectional view.
Figure 3c (a) is a plan view showing a reflected wave generator with notches formed at four locations according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a side cross-sectional view.
Figure 4 is a cross-sectional side view of a heating device using microwaves according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a side cross-sectional view showing a reflected wave generator according to the first and second embodiments of the present invention.

본 발명은, 마이크로파에 의해 플라스마를 발생시키는 플라스마 처리 장치에 있어서, 당해 마이크로파의 전력을 효율적으로 또한 공간적으로 균일하게 처리실에 공급함으로써 공간적으로 균일성이 좋은 플라스마를 안정적으로 생성 또한 유지하는 것을 가능하게 하는 플라스마 처리 장치, 및, 마이크로파를 사용한 가열 장치에 있어서, 마이크로파 전력을 피처리물에 효율적으로 또한 공간적으로 균일하게 공급하는 것을 가능하게 하는 가열 장치에 관한 것이다.The present invention is a plasma processing device that generates plasma by microwaves, and makes it possible to stably generate and maintain a spatially uniform plasma by efficiently and spatially uniformly supplying the power of the microwaves to the processing chamber. It relates to a plasma processing device that uses microwaves, and a heating device that makes it possible to efficiently and spatially uniformly supply microwave power to an object to be processed.

마이크로파 등의 전자파를 전송하는 마이크로파 회로를 취급하는 공지의 방법으로서 산란 행렬이 있다. 복수(n개)의 마이크로파의 입출력을 행하는 포트를 갖는 마이크로파 회로를 고려하여, 각 포트에서의 입사파와 반사파를 정의한다. 포트로서 물리적인 마이크로파의 출입구 이외에, 하나의 출입구에 복수의 모드를 고려하는 경우도 포함한다. 예를 들면 원형 도파관에 있어서, 편파면이 다른 복수의 모드를 포트로서 원형 도파관의 어느 면에 설정할 수도 있다.There is a scattering matrix as a known method of handling a microwave circuit that transmits electromagnetic waves such as microwaves. Considering a microwave circuit having ports for inputting and outputting a plurality (n) of microwaves, the incident wave and reflected wave at each port are defined. In addition to the physical microwave entrance and exit port, it also includes cases where multiple modes are considered for one entrance. For example, in a circular waveguide, multiple modes with different polarization planes can be set as ports on any surface of the circular waveguide.

각 포트의 입사파ij(j=1 내지 n)를 요소로 하는 입사파 벡터와 반사파rj(j=1 내지 n)를 요소로 하는 반사파 벡터에 대해, (수식 1)에서 나타내는 양자의 관계를 나타내는 행렬을 산란 행렬이라 한다. 입출력 포트의 수가 1개인 경우, 산란 행렬은 스칼라로 되고, 반사 계수에 상당한다. 산란 행렬의 각 요소는 복소수이고, 크기와 위상 또는 실수부와 허수부를 갖는다.The relationship between the incident wave vector whose element is the incident wave i j (j = 1 to n) of each port and the reflected wave vector whose element is the reflected wave r j (j = 1 to n), as shown in (Equation 1) The matrix representing is called the scattering matrix. When the number of input/output ports is one, the scattering matrix is a scalar and corresponds to the reflection coefficient. Each element of the scattering matrix is a complex number and has magnitude and phase or real and imaginary parts.

대상으로 하는 마이크로파 회로가 단순한 경우에는 이론적으로 산란 행렬을 구할 수 있는 경우도 있지만, 형상이 복잡한 경우에도 유한요소법 등의 수치적인 방법으로 전자계 해석을 행해서 산란 행렬을 구할 수 있다. 또한 네트워크 어낼라이저 등의 측정기를 사용해서, 측정할 수도 있다.When the target microwave circuit is simple, the scattering matrix can be theoretically obtained in some cases, but even when the shape is complex, the scattering matrix can be obtained by performing electromagnetic field analysis using a numerical method such as the finite element method. Measurements can also be made using measuring instruments such as network analyzers.

[수식 1][Formula 1]

n: 마이크로파의 입출력 포트의 수n: Number of microwave input/output ports

예를 들면 관내 파장이 λ, 길이가 L인 도파관의 산란 행렬은 손실을 무시할 수 있을 정도로 작다고 하면,For example, if the scattering matrix of a waveguide with an internal wavelength of λ and a length of L is small enough to ignore the loss,

[수식 2][Formula 2]

로 표시되는 것이 알려져 있다. 단 j는 허수 단위이다.It is known that it is displayed as . However, j is an imaginary unit.

또한 마이크로파 회로가 가역인 경우,Also, if the microwave circuit is reversible,

[수식 3][Formula 3]

으로 되고, 산란 행렬은 대상 행렬로 되는 것이 알려져 있다. 또한 마이크로파 회로가 수동 회로로 무손실인 경우, 산란 행렬은 유니터리 행렬로 되는 것이 알려져 있다.It is known that the scattering matrix becomes the target matrix. Additionally, it is known that when the microwave circuit is a passive circuit and is lossless, the scattering matrix becomes a unitary matrix.

일반적으로 마이크로파의 전력을 부하에 효율적으로 공급하기 위해, 정합기가 사용된다. 정합기는 마이크로파원과 부하 사이의 전송로에 장하(裝荷)되고, 부하에서 생기는 반사파를 이상적으로는 없애는 작용을 한다. 즉 정합기를 사용해서, 부하에서 생긴 반사파를 상쇄해서, 입사한 마이크로파의 전력을 부하에 효율적으로 소비시킨다. 정합기는 마이크로파원 측과 부하 측의 2개의 포트를 갖고, 2×2의 산란 행렬을 사용해서 모델화할 수 있다. 부하의 반사 계수에 따라, 정합기의 내부 파라미터를 최적으로 제어해서 반사파를 없앤다. 정합기로서, 방형 도파관에 3개의 삽입 길이 가변의 스터브를 장하한 3 스터브 튜너나, 방형 도파관의 E면, H면에 길이 가변의 분기를 설치한 EH 튜너 등이 사용된다. 또한, 더욱이 반사파나 부하의 반사 계수를 모니터하는 기구나 정합기에 있어서의 정합 요소의 구동 기구 및 제어 기구 등을 조합해서 자동적으로 정합 동작을 행하는 자동 정합기도 사용된다.Generally, a matcher is used to efficiently supply microwave power to a load. The matcher is installed in the transmission path between the microwave source and the load, and ideally functions to eliminate reflected waves generated from the load. In other words, using a matcher, reflected waves generated from the load are canceled out, and the power of the incident microwave is efficiently consumed by the load. The matcher has two ports, one on the microwave source side and the other on the load side, and can be modeled using a 2x2 scattering matrix. According to the reflection coefficient of the load, the internal parameters of the matcher are optimally controlled to eliminate reflected waves. As a matching device, a three-stub tuner in which three stubs of variable insertion length are installed in a rectangular waveguide, or an EH tuner in which branches of variable length are installed in the E-side and H-side of the rectangular waveguide are used. Additionally, an automatic matching machine is also used that automatically performs a matching operation by combining a mechanism that monitors the reflection coefficient of the reflected wave or the load, a drive mechanism and a control mechanism of the matching element in the matching machine, etc.

또한 피처리 기판에 RF 바이어스 전력을 줌으로써, 플라스마 처리의 품질을 높일 수 있는 경우가 있다. 예를 들면 플라스마 에칭 처리의 경우, 주파수 400㎑ 내지 13.56㎒ 정도의 RF 바이어스에 의해, 이온과 전자의 질량차에 기인하는 직류 바이어스 전압을 피처리 기판에 생기게 하고, 이 직류 바이어스 전압으로 플라스마 중의 이온을 인입해서, 가공 형상의 수직성이나 가공 속도를 높이는 등에 의해, 플라스마 처리의 품질을 높일 수 있다.Additionally, there are cases where the quality of plasma processing can be improved by providing RF bias power to the substrate being processed. For example, in the case of plasma etching, a direct current bias voltage due to the mass difference between ions and electrons is generated in the substrate to be processed by RF bias with a frequency of about 400 kHz to 13.56 MHz, and this direct current bias voltage is used to separate the ions in the plasma. The quality of plasma processing can be improved by increasing the verticality of the processing shape or the processing speed.

마이크로파를 플라스마 처리실에 투입하는 방법으로서 많은 구조가 제안되어 있다. 마이크로파의 투입 방법에 의해 플라스마 처리실 내의 마이크로파 전자계 분포와 그 결과 생기는 플라스마의 분포가 영향을 받아, 피처리 기판에 주는 플라스마 처리의 균일성을 좌우하는 것이 요인의 하나이다.Many structures have been proposed as a method of introducing microwaves into a plasma processing chamber. The microwave electromagnetic field distribution in the plasma treatment chamber and the resulting plasma distribution are affected by the microwave input method, and one of the factors that determines the uniformity of plasma treatment on the substrate to be processed is one of the factors.

반도체 집적회로의 제조에 사용되는 피처리 기판으로서 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우가 많다. 이 원반 형상의 피처리 기판 상에 균일한 플라스마 처리를 행할 필요로부터, 플라스마 처리 장치도 피처리 기판의 중심에 대해 축 대칭인 구조로 하는 경우가 많다. 또한 마이크로파의 공급도 플라스마 처리의 축 대칭성을 고려해서, 예를 들면 중심축과 동축으로 동축 선로를 배치해서 방위각 방향으로 변화가 없는 전자계로 되는 TEM 모드로 전송하거나, 또는 원형 도파관을 중심축과 동축으로 배치해서 최저차의 TE11 모드를 원편파화하여 전송하는 등이 행해질 경우가 있다.A silicon wafer with a diameter of 300 mm is often used as a processing substrate used in the manufacture of semiconductor integrated circuits. Because of the need to perform uniform plasma processing on this disk-shaped substrate to be processed, the plasma processing apparatus is often structured to be axially symmetrical with respect to the center of the substrate to be processed. In addition, the supply of microwaves takes into account the axial symmetry of plasma processing, for example, by placing a coaxial line coaxially with the central axis and transmitting it in TEM mode, which is an electromagnetic field that does not change in the azimuth direction, or by transmitting a circular waveguide coaxially with the central axis. There are cases where the lowest order TE 11 mode is circularly polarized and transmitted.

원편파의 정도를 평가하는 지표로서 마이크로파의 1주기 내에서의 마이크로파 전계 벡터의 크기의 최소값에 대한 최대값의 크기를 축비라 부르고 이것을 사용하는 경우가 있다. 전자파의 진행 방향에 대해 전계 벡터가 우회전으로 회전할 경우를 음, 좌회전으로 회전할 경우를 양으로 취한다. 축비의 크기가 1인 경우에 전계 벡터의 크기가 변화하지 않고, 방향이 회전하는 완전한 원편파로 된다. 또한 축비의 크기가 무한대로 될 경우는 편파면이 회전하지 않는 직선 편파로 된다. 이 이외의 값을 취할 때는 타원 편파라고 한다. 원형 도파관의 최저차 모드인 TE11 모드에서는, 원형 도파관의 중심축 상의 전계 벡터에서 축비를 평가하는 것으로 한다.As an index for evaluating the degree of circular polarization, the magnitude of the maximum value to the minimum value of the magnitude of the microwave electric field vector within one cycle of the microwave is called the axial ratio, and this is sometimes used. With respect to the direction of movement of electromagnetic waves, if the electric field vector rotates clockwise, it is taken as negative, and if it rotates leftward, it is taken as positive. When the size of the axis ratio is 1, the size of the electric field vector does not change, and it becomes a completely circular polarized wave with a rotating direction. Also, if the size of the axis ratio becomes infinite, the polarization plane becomes linearly polarized without rotation. When a value other than this is taken, it is called elliptical polarization. In TE 11 mode, which is the lowest order mode of the circular waveguide, the axis ratio is evaluated from the electric field vector on the central axis of the circular waveguide.

일반적으로 원편파는 서로 다른 편파면과 위상차를 갖는 직선 편파를 중첩함으로써 실현할 수 있다. 여기에서 편파면이란 파의 전파 방향과 전계 벡터로 이루어지는 면을 가리킨다. 예를 들면 편파면이 직교하고 위상차가 90도인 2개의 동일 진폭의 파를 중첩시킴으로써, 축비의 크기가 1로 되는 완전한 원편파를 실현할 수 있다. 2개의 파의 진폭, 위상차, 편파면의 각도가 이들 값으로부터 시프트하면, 타원 편파로 된다. 일반적으로 n개의 동일 진폭의 직선 편파를 중첩시킬 경우, 편파면이 서로 180도/n의 각도를 이루고, 위상차를 180도/n으로 함으로써 완전 원편파를 실현할 수 있다.In general, circular polarization can be realized by superimposing linear polarization with different polarization planes and phase differences. Here, the polarization surface refers to the surface consisting of the wave propagation direction and the electric field vector. For example, by superimposing two waves of the same amplitude whose polarization planes are orthogonal and whose phase difference is 90 degrees, a completely circular polarized wave with an axial ratio of 1 can be realized. If the amplitude, phase difference, and polarization plane angle of two waves shift from these values, it becomes elliptical polarization. In general, when n linearly polarized waves of the same amplitude are overlapped, a completely circular polarization can be realized by the polarization planes forming an angle of 180 degrees/n and the phase difference being 180 degrees/n.

일반적으로 마이크로파의 전송 경로에 불연속부가 있으면, 반사파가 생긴다. 마이크로파를 플라스마 처리실에 투입하는 구조에 있어서도, 예를 들면 원형 도파관을 스텝 형상으로 확대하면 이것에 기인해서 반사파가 생긴다.Generally, if there is a discontinuity in the microwave transmission path, reflected waves are generated. Even in the structure of injecting microwaves into a plasma processing chamber, for example, if a circular waveguide is enlarged into a step shape, reflected waves are generated due to this.

플라스마 처리실 내에 플라스마 균일성의 관점에서 최적인 전자계 분포를 실현하기 위한 구조가 복잡화하면, 각부(各部)에서 생기는 반사파의 영향으로 마이크로파 전력을 처리실 내에 효율적으로 전송할 수 없게 되는 경우가 있다. 그 때문에 구조는 극력 단순화하는 것이 바람직하지만, 바람직한 전자계와의 양립이 곤란해질 경우가 많다. 대책으로서 상술한 정합기가 사용되지만, 부하와의 부정합의 정도가 지나치게 크면, 이것에 대응한 넓은 정합 범위의 확보가 곤란해질 경우가 있는 것 외에, 정합기와 부하 사이에 큰 정재파가 생기고, 이것에 의한 이상 방전이나 전력 손실이 문제로 될 경우가 있다.If the structure for realizing the optimal electromagnetic field distribution from the viewpoint of plasma uniformity within the plasma processing chamber becomes complicated, microwave power may not be transmitted efficiently within the processing chamber due to the influence of reflected waves generated from each part. Therefore, it is desirable to simplify the structure as much as possible, but compatibility with the desired electromagnetic field is often difficult. As a countermeasure, the matcher described above is used, but if the degree of mismatch with the load is too large, it may be difficult to secure a wide matching range corresponding to this, and a large standing wave is generated between the matcher and the load, which causes Abnormal discharge or power loss may become a problem.

플라스마 처리의 품질 향상이나 처리 시간의 단축 등에, 플라스마 처리의 즉석(insitu) 관찰이 유효하다. 즉석 관찰에는 플라스마 처리에 따라 다양한 방법이 있고, 예를 들면, 플라스마 에칭 처리의 경우, 처리 중의 피처리 기판을 직접 관찰해서 피에칭막의 막두께를 실시간으로 측정하고, 원하는 막두께로 된 시점에 처리를 중지한다는 제어를 행하는 경우가 있다. 즉석 관찰 없음의 경우와 비교해서, 처리 막두께의 안정화가 도모되는, 처리 시간을 단축할 수 있는 등의 이점이 있다. 또한, 즉석 관찰에 의해 장치의 이상이 발견된 경우, 바로 처리를 정지하는 등의 대응을 취하는 것도 가능한 이점이 있다.Instant observation of plasma processing is effective for improving the quality of plasma processing and shortening processing time. There are various methods for instant observation depending on the plasma processing. For example, in the case of plasma etching processing, the substrate to be processed is directly observed during processing, the film thickness of the etching film is measured in real time, and processing is performed at the point when the desired film thickness is reached. There are cases where control is performed to stop . Compared to the case of no immediate observation, there are advantages such as stabilization of the processed film thickness and shortened processing time. Additionally, when an abnormality in the device is discovered through immediate observation, there is an advantage in that it is possible to take action such as immediately stopping processing.

피에칭막의 막두께 측정에는 피처리 기판의 광학적인 간섭을 이용할 수 있다. 외부로부터의 참조 광을 피처리 기판에 조사하는 방법이나, 플라스마 발광의 특정의 파장을 사용하는 방법 등이 있다. 그 경우, 플라스마 에칭 처리 중에 피처리 기판을 광학적으로 관찰할 수 있는 구조로서 관찰용의 창을 준비할 필요가 있다.Optical interference of the substrate to be processed can be used to measure the film thickness of the etched film. There is a method of irradiating reference light from the outside onto the substrate to be processed, a method of using a specific wavelength of plasma light emission, etc. In that case, it is necessary to prepare an observation window as a structure capable of optically observing the substrate to be processed during the plasma etching process.

피처리물에 마이크로파를 조사하여 피처리물을 가열하는 가열 장치가 사용되고 있다. 피처리물로서, 식품이나 목재, 세라믹스 등 다양한 재질에 대응한 것이 존재한다. 다른 형태의 가열 장치, 예를 들면 고온의 열원의 열을 피처리물에 열전달에 의해 주는 형태의 가열 장치에 비해, 마이크로파를 사용한 장치에서는, 피처리물을 직접 가열할 수 있기 때문에, 전력 손실이 적고 효율적으로 가열할 수 있는 것 외에, 고속으로 승온할 수 있는 이점이 있다. 또한 마이크로파는 파장이 짧기 때문에, 빔 형상으로 수속하는 것도 가능하고, 피처리물에만 집중하여 마이크로파를 조사함으로써, 공간적으로 원하는 부위만을 가열할 수도 있다. 또한 피처리물의 물성값에 따라 마이크로파의 손실이 다른 성질을 이용해서, 특정의 피처리물만을 선택적으로 가열하는 것도 가능한 이점도 있다.A heating device that heats an object to be treated by irradiating it with microwaves is used. As objects to be treated, there are those corresponding to various materials such as food, wood, and ceramics. Compared to other types of heating devices, for example, heating devices that apply heat from a high-temperature heat source to the object to be processed through heat transfer, a device using microwaves can heat the object to be processed directly, resulting in lower power loss. In addition to being able to heat a small amount and efficiently, there is an advantage of being able to raise the temperature at high speed. Additionally, because microwaves have a short wavelength, it is possible to converge in a beam shape, and by focusing the microwaves only on the object to be treated, it is also possible to heat only a spatially desired area. Additionally, there is an advantage in that it is possible to selectively heat only a specific object to be treated by using the property that the loss of microwaves varies depending on the physical properties of the object to be treated.

한편, 마이크로파를 사용한 가열 장치에 있어서, 마이크로파의 전자계 분포의 제어가 적절하지 않으면, 파장이 짧은 것에 기인해서, 공간적으로 피처리물의 일부가 가열되지 않는 등의 가열 불균일이 생기는 경우가 있다. 예를 들면 주파수 2.45㎓의 마이크로파를 사용했을 경우, 닫힌 공간에서는 자유 공간의 파장 122mm의 절반 61mm 정도의 간격으로 정재파가 생기는 경향이 있고, 이 정도의 간격으로 가열 불균일이 생기는 경우가 있다. 대책으로서, 피처리물을 이동, 회전시키거나, 마이크로파를 반사하는 부재를 이동, 회전시키는 등을 행할 경우가 있다.On the other hand, in a heating device using microwaves, if the control of the electromagnetic field distribution of the microwaves is not appropriate, heating unevenness, such as a part of the object to be treated spatially not being heated, may occur due to the short wavelength. For example, when microwaves with a frequency of 2.45 GHz are used, in a closed space, standing waves tend to be generated at intervals of about 61 mm, which is half of the wavelength of 122 mm in free space, and heating unevenness may occur at this interval. As a countermeasure, there are cases where the object to be processed is moved or rotated, or a member that reflects microwaves is moved or rotated.

마이크로파를 사용한 플라스마 처리 장치에서는, 처리실 내에 마이크로파의 강한 전자계를 공급함으로써 플라스마를 생성하므로, 부하의 반사 계수가 크고 처리실 내의 전자계가 상대적으로 약한 경우에, 플라스마의 착화성이 악화하는 것은 명확하다. 또한 부하의 반사 계수가 크면, 반사파와 입사파가 중첩하여 생기는 정재파도 커지고, 이것에 의한 이상 방전의 리스크도 높아지는 것은 명확하다. 특히 정합기를 사용했을 경우, 당해 정합기의 정합 범위를 초과하는 반사 계수의 경우, 정합 불량으로 되는 것은 명확하다.In a plasma processing device using microwaves, plasma is generated by supplying a strong electromagnetic field of microwaves into the processing chamber. Therefore, when the reflection coefficient of the load is large and the electromagnetic field within the processing chamber is relatively weak, it is clear that the ignition property of the plasma deteriorates. In addition, it is clear that when the reflection coefficient of the load is large, the standing wave generated by the overlap of the reflected wave and the incident wave becomes large, and the risk of abnormal discharge due to this also increases. In particular, when a matching device is used, it is clear that if the reflection coefficient exceeds the matching range of the matching device, the matching will be poor.

또한, 부하의 반사 계수가 정합기의 정합 범위 내에 있을 경우에도, 부하의 반사 계수가 크면 정합기의 내전력이 저하하고, 이상 방전 등의 불량을 일으킬 리스크가 높아진다. 예를 들면 스터브를 사용한 정합기의 경우, 부하의 반사 계수가 높으면 스터브의 도파관 내에의 삽입 길이가 큰 영역에서 동작할 수밖에 없으므로 스터브 선단과 도파관벽 사이에 생기는 전계가 높아져, 이상 방전의 리스크가 높아진다.Additionally, even when the reflection coefficient of the load is within the matching range of the matching device, if the reflection coefficient of the load is large, the power dissipation power of the matching device decreases, and the risk of causing defects such as abnormal discharge increases. For example, in the case of a matching device using a stub, if the reflection coefficient of the load is high, the stub has no choice but to operate in a region where the insertion length within the waveguide is large, so the electric field generated between the tip of the stub and the waveguide wall increases, increasing the risk of abnormal discharge. .

이와 같이 원편파나 광학적으로 피처리 기판을 관찰하는 모니터 장치를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 원편파를 저해하지 않고, 광학 경로를 확보할 수 있는, 반사파 저감 구조를 실현하기 위해, 본 발명에서는, 대략 축 대칭인 구조를 갖는 마이크로파를 사용해서 플라스마를 발생시키는 플라스마 처리 장치에 있어서, 중심축 상에 배치된 싱글 모드로 동작하는 원형 도파관에 의해 플라스마 발생용의 마이크로파 전력을 전송하고, 원형 도파관 내에 원편파를 발생시키기 위한 원편파 발생기를 구비하고, 이 원편파 발생기의 처리실 측에 원편파를 저해하지 않는 불연속부를 구비하고, 이 불연속부에서 원하는 위상과 진폭을 갖는 반사파를 생성시키고, 생성시킨 반사파로, 처리실 측의 플라스마원 구조로부터 생기는 반사파를 상쇄하도록 구성했다.In order to realize a reflected wave reduction structure that can secure an optical path without impeding circular polarization in a plasma processing device equipped with a monitor device for observing circular polarization or optically observing a substrate to be processed, the present invention , a plasma processing device that generates plasma using microwaves having a substantially axially symmetrical structure, transmitting microwave power for plasma generation through a circular waveguide operating in a single mode disposed on a central axis, and transmitting the microwave power for plasma generation within the circular waveguide. A circular polarized wave generator is provided for generating a circular polarized wave, and a discontinuity that does not interfere with the circular polarized wave is provided on a processing chamber side of the circular polarized wave generator. A reflected wave having a desired phase and amplitude is generated from the discontinuous part, and the generated reflected wave is provided. It was configured to cancel out the reflected waves generated from the plasma source structure on the treatment room side.

이에 의해, 원형 도파관 내를 전파하는 원편파를 저해하지 않고, 또한 대체로 임의의 반사 계수를 갖는 구조를 실현해서, 반사 계수의 크기와 위상을 조정해서, 플라스마 처리실 측으로부터 초래되는 반사파를 상쇄할 수 있도록 했다.As a result, a structure with a generally arbitrary reflection coefficient is realized without interfering with the circularly polarized wave propagating within the circular waveguide, and the size and phase of the reflection coefficient can be adjusted to cancel out the reflected wave coming from the plasma processing chamber. I made it happen.

또한, 마이크로파를 사용한 가열 장치의 경우에도, 상술한 플라스마 처리 장치와 마찬가지인 과제가 있다. 즉 가열 대상으로 되는 부재에 효율적으로 또한 균일하게 마이크로파 전력을 공급할 필요가 있고, 당해 마이크로파 전력의 전송 경로에서의 반사파가 크면, 전력 손실이나 이상 방전의 문제가 생기는 경우가 있지만, 본 발명에서는, 도파관에 의해 마이크로파 전력을 전송하고, 도파관 내의 소정의 위치에 원하는 반사파를 발생시키는 불연속부를 구비하고, 이 불연속부에서 생성하는 반사파로, 도파관의 부하 측으로부터 생기는 반사파를 상쇄하도록 구성함으로써, 이 과제를 해결했다.Additionally, in the case of a heating device using microwaves, there are problems similar to those of the plasma processing device described above. In other words, it is necessary to efficiently and uniformly supply microwave power to the member to be heated, and if the reflected wave in the transmission path of the microwave power is large, problems of power loss or abnormal discharge may occur. However, in the present invention, the waveguide This problem is solved by transmitting microwave power, providing a discontinuity that generates a desired reflected wave at a predetermined position in the waveguide, and configuring the reflected wave generated by this discontinuity to cancel out the reflected wave generated from the load side of the waveguide. did.

본 발명을 플라스마 처리 장치에 적요했을 경우에 있어서, 이하에 설명하는 바와 같은 구성의 불연속부를 부하와 접속함으로써, 원형 도파관 내를 전파하는 원편파를 저해하지 않고, 또한 대체로 임의의 반사 계수를 갖는 구조를 실현하고, 이 반사 계수의 크기와 위상을 조정해서, 플라스마 처리실 측으로부터 초래되는 반사파를 상쇄할 수 있도록 했다.When the present invention is applied to a plasma processing device, by connecting the discontinuity of the structure as described below to the load, a structure that does not inhibit the circular polarized wave propagating within the circular waveguide and has a substantially arbitrary reflection coefficient was realized, and the size and phase of this reflection coefficient were adjusted to cancel out the reflected waves coming from the plasma processing room.

예를 들면 불연속부를 내경이 작고 짧은 원형 도파관으로 구성한다. 예를 들면 주파수 2.45㎓의 마이크로파를 전송하는 내경 90mm의 원형 도파관의 경우, 예를 들면 불연속부로서 내경이 90mm 미만, 길이 25mm의 원형 도파관부를 설치한다. 정성적으로는, 당해 불연속부의 내경이 보다 작으면 반사 계수가 커지고, 당해 불연속부의 위치를 변경하면 반사 계수의 위상을 조정할 수 있다. 내경 90mm의 원형 도파관의 관내 파장은 주파수 2.45㎓의 경우, 202.5mm로 된다. 즉 당해 원형 도파관 내에서 위치를 일 파장분의 범위 내를 움직임으로써, 위상을 0~2π 라디안의 임의의 값으로 조정할 수 있다. 또한 당해 불연속부가 원형 도파관으로 구성되어 있기 때문에, 원편파를 저해하지 않는다. 원편파는 상술한 바와 같이, 2개의 직교하는 편파면을 갖는 직선 편파를 중첩함으로써 기술할 수 있지만, 당해 불연속부가 원형 도파관으로 구성되어 있으므로, 당해 불연속부의 산란 행렬은 입사파의 편파면에 의존하지 않고, 어떠한 각도의 편파면에서 입사해도 산란 행렬은 변화하지 않기 때문이다.For example, the discontinuity is made up of a circular waveguide with a small inner diameter and a short length. For example, in the case of a circular waveguide with an inner diameter of 90 mm that transmits microwaves with a frequency of 2.45 GHz, a circular waveguide portion with an inner diameter of less than 90 mm and a length of 25 mm is installed as a discontinuous part. Qualitatively, if the inner diameter of the discontinuity is smaller, the reflection coefficient becomes larger, and the phase of the reflection coefficient can be adjusted by changing the position of the discontinuity. The wavelength inside the circular waveguide with an inner diameter of 90 mm is 202.5 mm at a frequency of 2.45 GHz. That is, by moving the position within the circular waveguide within the range of one wavelength, the phase can be adjusted to an arbitrary value between 0 and 2π radians. Additionally, since the discontinuity is composed of a circular waveguide, it does not inhibit circular polarization. As described above, circularly polarized waves can be described by superimposing linearly polarized waves with two orthogonal polarization planes, but since the discontinuity is composed of a circular waveguide, the scattering matrix of the discontinuity does not depend on the polarization plane of the incident wave. This is because the scattering matrix does not change no matter what angle the polarization plane is incident on.

도 5에 상술한 내경이 작고 짧은 원형 도파관(0502)으로 구성한 불연속부에 대해, 산란 행렬을 수치적으로 구하기 위한 모델을 나타낸다. 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)은 상술한 바와 같이 내경이 90mm 미만이고 길이가 25mm인 원형 도파관(0502)이고, 그 전후에 내경이 90mm, 길이가 100mm인 원형 도파관(0501 및 0503)이 접속되어 있다. 직경을 좁힌 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 중심축은 원형 도파관(0501) 및 원형 도파관(0503)과 중심축을 공유하고 있다. 또한 원형 도파관(0501과 0503)에 각각 포트 1_0504와 포트 2_0505가 설정되어 있다.FIG. 5 shows a model for numerically calculating the scattering matrix for the discontinuity formed by the circular waveguide 0502 with a small inner diameter and a short inner diameter described above. As described above, the circular waveguide 0502 forming the discontinuity is a circular waveguide 0502 with an inner diameter of less than 90 mm and a length of 25 mm, and circular waveguides 0501 and 0503 with an inner diameter of 90 mm and a length of 100 mm are connected before and after it. It is done. The central axis of circular waveguide 0502, which forms the narrow-diameter discontinuity, shares a central axis with circular waveguide 0501 and circular waveguide 0503. In addition, port 1_0504 and port 2_0505 are set in the circular waveguides (0501 and 0503), respectively.

2.45㎓의 주파수로 동작하는 내경 90mm의 원형 도파관(0501 및 0503)은 최저 시 모드의 TE11 모드만이 전파 가능하고, 당해 2개의 포트 0504와 0505에는 TE11 모드의 직선 편파가 입력 또는 출력된다고 한다. 이 모델의 산란 행렬은 2×2의 행렬로 된다.Circular waveguides (0501 and 0503) with an inner diameter of 90 mm operating at a frequency of 2.45 GHz can propagate only the TE 11 mode of the lowest sight mode, and the linear polarized wave of the TE 11 mode is input or output to the two ports 0504 and 0505. do. The scattering matrix of this model is a 2×2 matrix.

도 5에 나타내는 모델을 사용해서 주파수 2.45㎓의 경우에 대해, 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 내경을 다양하게 변경해서 전자계의 기본 방정식인 헬름홀츠의 방정식을 유한요소법에 의해 풂으로써, 산란 행렬을 수치적으로 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.Using the model shown in FIG. 5, in the case of a frequency of 2.45 GHz, the inner diameter of the circular waveguide 0502 forming the discontinuity is changed variously, and Helmholtz's equation, which is the basic equation of the electromagnetic system, is solved by the finite element method to obtain a scattering matrix was obtained numerically. The results are shown in Table 1.

표 1에 있어서, 각각 산란 행렬의 각 요소(s11, s12, s21, s22)의 크기(표 중의 amp란에 기재)와 위상(표 중의 arg란에 기재)을 나타낸다. 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 직경이 90mm에 가까울수록, s11과 s22의 크기가 작고, s12와 s21의 크기가 큰 경향으로 되고, 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)에 의한 반사가 작은 것을 나타낸다.In Table 1, the size (described in the amp column of the table) and phase (described in the arg column of the table) of each element (s 11 , s 12 , s 21 , s 22 ) of the scattering matrix are shown. As the diameter of the circular waveguide 0502 forming the discontinuity approaches 90 mm, the sizes of s 11 and s 22 tend to be small and the sizes of s 12 and s 21 tend to be large, and the size of the circular waveguide 0502 forming the discontinuity tends to be large. indicates that the reflection is small.

표 1에 나타내는 범위에서 원형 도파관부의 직경을 선택함으로써, 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)에서 생기는 반사파의 크기 또는 진폭을 0.9 정도까지 조정할 수 있음을 알 수 있다. 또한 당해 반사파의 위상은 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)과 부하의 거리로 조정할 수 있다. 즉 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)에 의해 생기는 반사파의 진폭과 위상을 대체로 임의로 설정할 수 있으므로, 부하에 의해 생기는 반사파를, 원편파를 저해하지 않고 상쇄할 수 있다.It can be seen that by selecting the diameter of the circular waveguide portion within the range shown in Table 1, the size or amplitude of the reflected wave generated in the circular waveguide 0502 forming the discontinuous portion can be adjusted to about 0.9. Additionally, the phase of the reflected wave can be adjusted by the distance between the load and the circular waveguide 0502 forming the discontinuity. That is, since the amplitude and phase of the reflected wave generated by the circular waveguide 0502 forming the discontinuity can be set generally arbitrarily, the reflected wave generated by the load can be canceled without interfering with the circular polarized wave.

또한 상술한 가역성과 무손실의 수동 회로인 것으로부터, s12와 s21이 동등하고, s11의 크기와 s12의 크기의 제곱 합이 1로 되고 있다. 또한 포트 1과 포트 2에 대해 대칭인 구조로 하고 있기 때문에, s11과 s22가 동등하게 되어 있다.Furthermore, since it is a reversible and lossless passive circuit as described above, s 12 and s 21 are equal, and the sum of the squares of the magnitude of s 11 and the magnitude of s 12 is 1. Additionally, since the structure is symmetrical for port 1 and port 2, s 11 and s 22 are equal.

[표 1][Table 1]

부하의 반사 계수가 상술과 같이 측정이나 계산 등의 방법에 의해 기지인 경우, 당해 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)을 사용해서 반사파를 저감할 수 있다. 산란 행렬을 사용해서, 최적인 불연속부를 구할 수 있다.When the reflection coefficient of the load is known by methods such as measurement or calculation as described above, the reflected wave can be reduced by using the circular waveguide 0502 forming the discontinuity. Using the scattering matrix, the optimal discontinuity can be obtained.

반사 계수가 Rp인 부하에 길이 L의 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)을 접속했을 경우, 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 도파관 단부면에서의 반사 계수 Rp'는, (수식 2)를 사용해서,When a circular waveguide 0502 forming a discontinuity of length L is connected to a load with a reflection coefficient R p , the reflection coefficient R p 'at the waveguide end surface of the circular waveguide 0502 forming a discontinuity is (Equation 2) ), using

[수식 4][Formula 4]

로 된다. 즉 길이 L의 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)을 접속함으로써, 길이 L에 의해 부하의 반사 계수의 위상을 제어할 수 있다.It becomes. That is, by connecting the circular waveguide 0502 forming a discontinuity of length L, the phase of the reflection coefficient of the load can be controlled by the length L.

또한 도 5 및 표 1에 나타내는 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)을 접속했을 경우의 반사 계수 Rp"는Additionally, the reflection coefficient R p " when connecting the circular waveguide 0502 forming the discontinuity shown in FIG. 5 and Table 1 is

[수식 5][Formula 5]

로 된다.It becomes.

또한 가역, 수동 회로, 무손실, 대칭의 조건으로부터 s11=s22, s21=s12이므로Also, from the conditions of reversibility, passive circuit, lossless, and symmetry, s 11 =s 22 and s 21 =s 12

[수식 6][Formula 6]

Rp"를 제로로 하기 위해서는In order to make R p "zero

[수식 7][Formula 7]

이지 않으면 안 된다.It has to be this way.

Rp'의 위상은 (수식 4)로부터 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 길이 L로 임의로 제어할 수 있으므로, (수식 7)의 우변의 크기를 Rp' 또는 Rp의 크기에 맞춰 조정할 수 있으면 된다. 즉 Rp' 또는 Rp의 크기는 0 이상 1 이하의 값으로 되므로, (수식 7)의 우변의 크기를 0 내지 1의 범위에서 조정할 수 있으면 된다.Since the phase of R p 'can be arbitrarily controlled by the length L of the circular waveguide 0502 forming the discontinuity from (Equation 4), the size of the right side of (Equation 7) can be adjusted to match the size of R p ' or R p . All you have to do is do it. In other words, the size of R p ' or R p is a value between 0 and 1, so the size of the right side of (Equation 7) can be adjusted within the range of 0 to 1.

표 1에 (수식 7)의 우변의 값을 나타낸다. 크기가 대체로 0.9 정도까지의 범위에서 조정할 수 있음을 알 수 있다. 즉 최적인 불연속부를 형성하는 원형 도파관(0502)의 길이 L을 선택함으로써, 부하의 반사 계수 Rp가 0.9 정도보다 작은 범위에서 전체의 반사파 Rp"를 이상적으로는 제로로 조정할 수 있다.Table 1 shows the values of the right side of (Equation 7). It can be seen that the size can generally be adjusted within a range of about 0.9. That is, by selecting the length L of the circular waveguide 0502 that forms the optimal discontinuity, the entire reflected wave R p " can ideally be adjusted to zero in the range where the reflection coefficient R p of the load is less than about 0.9.

상기한 고찰에 의거하는 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서 동일 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 부여하도록 하고, 그 반복 설명은 원칙적으로 생략한다.Embodiments of the present invention based on the above considerations will be described in detail with reference to the drawings. In all drawings for explaining the present embodiment, elements having the same function are given the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted in principle.

단, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 내지 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 그 구체적 구성을 변경할 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해된다.However, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below. It is easily understood by those skilled in the art that the specific configuration may be changed without departing from the spirit or spirit of the present invention.

실시예 1 Example 1

본 발명을, 마이크로파의 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마를 사용하여, 플라스마 처리 상태를 광학적으로 모니터하는 모니터 장치와 원편파 발생기를 구비하는 플라스마 처리 장치에 적요한 예로서, 모니터 장치의 광로를 확보함과 함께 원편파를 저해하지 않고 반사파를 상쇄하는 불연속부가 원형 도파관의 내부 또한 상기 원편파 발생기의 하방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치에 대해 설명한다.The present invention is an example in which the present invention is applied to a plasma processing device including a monitor device that optically monitors the plasma processing state using plasma generated by high-frequency power of microwaves and a circular polarization generator, and the optical path of the monitor device is secured. A plasma processing device is described, wherein a discontinuity that cancels out reflected waves without impeding circular polarized waves is disposed inside the circular waveguide and below the circular polarized wave generator.

본 실시예의 전제로 되는 종래의 플라스마 처리 장치의 예로서, 도 1에 의해 종래의 마이크로파 플라스마 에칭 처리를 행하는 플라스마 처리 장치(100)를 설명한다. 도 1은 종래의 플라스마 처리 장치(100) 전체의 종단면도를 나타낸다. 플라스마 처리 장치(100)는, 마이크로파의 발진기(0101), 아이솔레이터(0102), 자동 정합기(0103), 직사각형 도파관(0104), 측정기(0105), 원-직사각형 변환기(0106), 원형 도파관(0107), 원편파 발생기(0108), 정자계의 발생 장치(0109), 공동부(0110), 유전체창(0111), 샤워 플레이트(0112), 플라스마 처리실(0114), 피처리 기판(0113)을 재치하는 재치대(0115)를 구비하고 있다.As an example of a conventional plasma processing device on which the present embodiment is premised, a plasma processing device 100 that performs a conventional microwave plasma etching process will be described with reference to FIG. 1. Figure 1 shows a longitudinal cross-sectional view of the entire conventional plasma processing device 100. The plasma processing device 100 includes a microwave oscillator (0101), an isolator (0102), an automatic matcher (0103), a rectangular waveguide (0104), a measuring device (0105), a circular-rectangular converter (0106), and a circular waveguide (0107). ), a circular polarization generator (0108), a static field generator (0109), a cavity (0110), a dielectric window (0111), a shower plate (0112), a plasma processing chamber (0114), and a substrate to be processed (0113). It is equipped with a platform (0115) that can be used.

이러한 구성에 있어서, 마이크로파의 발진기(0101)로부터 출력된 주파수 2.45㎓의 마이크로파는 아이솔레이터(0102), 자동 정합기(0103)을 통해 원-직사각형 변환기(0106)에 직사각형 도파관(0104)에 의해 전송된다. 직사각형 도파관(0104)은 최저차 모드의 TE10 모드로 동작하는 것을 사용했다. 아이솔레이터(0102)는 부하 측에서 생긴 반사파가 마이크로파의 발진기(0101)에 입사해서 파괴하는 것을 방지하는 작용을 한다. 자동 정합기(0103)는 부하 측의 반사파 또는 임피던스를 모니터해서, 내부 파라미터의 조정에 의해 반사파를 자동적으로 저감하도록 동작한다. 자동 정합기(0103)는 장치 비용의 저감이나 장치 간략화를 위해 수동의 정합기로 해도 된다.In this configuration, the microwave with a frequency of 2.45 GHz output from the microwave oscillator (0101) is transmitted through the isolator (0102) and the automatic matcher (0103) to the circular-rectangular converter (0106) by the rectangular waveguide (0104). . A rectangular waveguide (0104) was used operating in TE 10 mode, the lowest order mode. The isolator (0102) functions to prevent reflected waves generated on the load side from entering and destroying the microwave oscillator (0101). The automatic matcher (0103) monitors the reflected wave or impedance on the load side and operates to automatically reduce the reflected wave by adjusting internal parameters. The automatic matcher 0103 may be a manual matcher in order to reduce device cost or simplify the device.

마이크로파의 발진기(0101)로서 마그네트론을 사용했다. 원-직사각형 변환기(0106)는 마이크로파의 진행 방향을 90도 구부리는 코너도 겸하고, 장치 전체의 소형화를 도모하고 있다. 원-직사각형 변환기(0106)의 하부에는 원형 도파관(0107) 및 당해 원형 도파관 중에 원편파 발생기(0108)가 장하되고, 직선 편파로 입사한 마이크로파를 원편파로 변환하고 있다. 당해 원형 도파관(0107)은 플라스마 처리실(0114)의 대략 중심축 상에 설치되어 있고, 원편파 발생기(0108)에 의해 발생한 원편파화된 마이크로파가 전송된다. 원형 도파관(0107)의 부하 측에는 공동부(0110), 유전체창(0111), 샤워 플레이트(0112)를 통해 피처리 기판(0113)을 재치하는 재치대(0115)를 구비한 플라스마 처리실(0114)이 설치되어 있다. 재치대(0115)의 중심축은, 플라스마 처리실(0114) 및 원형 도파관(0107)의 중심축과 일치하도록 설정되어 있다.A magnetron was used as a microwave oscillator (0101). The circle-rectangular converter (0106) also serves as a corner that bends the direction of microwave travel by 90 degrees, and aims to miniaturize the entire device. A circular waveguide 0107 and a circular polarization generator 0108 in the circular waveguide are installed at the lower part of the circular-rectangular converter 0106, and convert microwaves incident as linearly polarized waves into circularly polarized waves. The circular waveguide 0107 is installed approximately on the central axis of the plasma processing chamber 0114, and circularly polarized microwaves generated by the circularly polarized wave generator 0108 are transmitted. On the load side of the circular waveguide (0107), a plasma processing chamber (0114) is provided with a cavity (0110), a dielectric window (0111), and a mounting table (0115) for placing the substrate to be processed (0113) through a shower plate (0112). It is installed. The central axis of the mounting table 0115 is set to coincide with the central axes of the plasma processing chamber 0114 and the circular waveguide 0107.

공동부(0110)는 투입한 마이크로파 전자계의 중심 집중을 완화하는 작용을 갖는다. 유전체창(0111), 샤워 플레이트(0112)는 마이크로파에 대한 손실이 작고, 플라스마 처리에 악영향을 주기 어려운 재질이 요구되어 석영을 사용했다. 플라스마 처리실(0114)에는, 도시하지 않은 가스 공급계가 접속되고, 유전체창(0111)과 샤워 플레이트(0112) 사이의 도시하지 않은 미소한 간극 및 샤워 플레이트(0112)에 설치한 복수의 미소한 공급 홀을 통해서 에칭 처리에 사용하는 가스를 샤워 형상으로 공급한다. 또한 플라스마 처리실(0114)에는 도시하지 않은 압력계 및 도시하지 않은 배기 속도 조정용의 컨덕턴스 가변 밸브를 통해 도시하지 않은 진공 배기계가 접속되어 있다.The cavity 0110 has the function of alleviating the central concentration of the injected microwave electromagnetic field. For the dielectric window (0111) and shower plate (0112), quartz was used because a material that has low loss to microwaves and is difficult to adversely affect plasma processing was required. A gas supply system, not shown, is connected to the plasma processing chamber 0114, and a small gap, not shown, between the dielectric window 0111 and the shower plate 0112 and a plurality of small supply holes provided in the shower plate 0112. The gas used for the etching process is supplied in the form of a shower. Additionally, a vacuum exhaust system (not shown) is connected to the plasma processing chamber 0114 through a pressure gauge (not shown) and a conductance variable valve for adjusting the exhaust speed (not shown).

이들 기기에 의해 플라스마 처리실(0114)을 플라스마 에칭 처리에 적합한 원하는 압력, 가스 분위기로 유지할 수 있다. 플라스마 처리실(0114) 내에 피처리 기판(0113)이 있고, 투입한 마이크로파에 의해 발생하는 플라스마를 사용해서 플라스마 에칭 처리를 행한다.With these devices, the plasma treatment chamber 0114 can be maintained at a desired pressure and gas atmosphere suitable for plasma etching treatment. There is a substrate to be processed (0113) in the plasma treatment chamber (0114), and plasma etching is performed using plasma generated by injected microwaves.

피처리 기판(0113)으로서 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 사용했다. 피처리 기판(0113)에는 도시하지 않은 RF 바이어스 전원이 자동 정합기를 개재해서 접속되어, RF 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 이에 의해 생기는 직류 바이어스 전압으로, 피처리 기판 표면에 플라스마 중의 이온을 인입해서 플라스마 에칭 처리의 고속화나 고품질화를 도모할 수 있다.A silicon wafer with a diameter of 300 mm was used as the substrate to be processed (0113). An RF bias power supply (not shown) is connected to the processing target substrate 0113 via an automatic matcher, so that an RF bias voltage can be applied. The direct current bias voltage generated by this allows ions in the plasma to be drawn into the surface of the substrate to be processed, thereby improving the speed and quality of the plasma etching process.

플라스마 처리실(0114) 등의 주위에는 정자계의 발생 장치(0109)가 설치되어, 플라스마 처리실(0114)에 정자계를 가할 수 있다. 정자계의 발생 장치(0109)는 복수의 솔레노이드 코일에 의한 전자석과 누설 자속을 저감하여 효율적으로 플라스마 처리실(0114)에 정자계를 인가하기 위한 요크로 이루어진다. 요크는 철성(鐵性)으로 했다. 당해 복수의 솔레노이드 코일에 흘리는 전류값을 조정함으로써 플라스마 처리실(0114)에 가하는 정자계의 크기나 분포를 조정할 수 있다. 당해 정자계는 대체로 원형 도파관(0107)의 중심축에 평행하고, 마이크로파의 투입 방향과 평행하다. 플라스마 처리실(0114) 내에 전자 사이클로트론 공명을 일으키는 0.0875 테슬라의 정자계를 발생시킬 수 있고, 또한 그 위치를 조정할 수 있다.A static field generator 0109 is installed around the plasma treatment chamber 0114, etc., so that a static field can be applied to the plasma treatment chamber 0114. The static field generator (0109) consists of an electromagnet using a plurality of solenoid coils and a yoke for efficiently applying a static field to the plasma processing chamber (0114) by reducing leakage magnetic flux. York was made of iron. By adjusting the current value flowing through the plurality of solenoid coils, the size and distribution of the static field applied to the plasma processing chamber 0114 can be adjusted. The static field is generally parallel to the central axis of the circular waveguide 0107 and parallel to the input direction of the microwave. A static field of 0.0875 Tesla that causes electron cyclotron resonance can be generated in the plasma processing chamber (0114), and its position can also be adjusted.

원-직사각형 변환기(0106)에는 피처리 기판(0113)을 광학적으로 관찰하는 측정기(0105)가 설치되어 있다. 당해 측정기(0105)는 원편파 발생기(0108), 원형 도파관(0107), 공동부(0110), 유전체창(0111), 샤워 플레이트(0112)를 통해 재치대(0115)에 재치된 피처리 기판(0113)을 광학적으로 관찰하고 있다.The circle-rectangular converter 0106 is equipped with a measuring device 0105 that optically observes the substrate to be processed 0113. The measuring device (0105) measures a substrate to be processed ( 0113) is being observed optically.

측정기(0105)의 광축은 피처리 기판(0113)의 중심으로부터 약간 어긋난 위치에 설정되어 있다. 그 때문에, 측정기(0105)의 광축은 원형 도파관(0107)의 중심축으로부터 떨어진 위치에 있다.The optical axis of the measuring device 0105 is set at a position slightly offset from the center of the substrate 0113 to be processed. Therefore, the optical axis of the measuring device 0105 is located away from the central axis of the circular waveguide 0107.

피처리 기판의 플라스마 에칭 처리의 진행 상황을 즉석 관찰하고, 플라스마 처리의 고속화나 고품질화를 도모할 수 있다. 예를 들면 원하는 막두께에 달한 시점에 처리를 정지함으로써, 낭비인 처리 시간을 삭감함과 함께 가공 정밀도도 향상할 수 있다. 예를 들면 막두께의 측정에는 피처리막 표면과 하지층으로부터의 광학적인 간섭을 사용할 수 있다. 간섭광은 외부로부터 피처리 기판에 입사시켜도 되고, 처리실 내의 플라스마로부터 방사되는 광을 사용해도 된다.By immediately observing the progress of the plasma etching process of the substrate to be processed, the speed and quality of the plasma treatment can be improved. For example, by stopping processing when the desired film thickness is reached, waste processing time can be reduced and processing precision can also be improved. For example, optical interference from the surface of the film to be treated and the underlying layer can be used to measure the film thickness. Interference light may be incident on the substrate to be processed from the outside, or light radiated from plasma within the processing chamber may be used.

도 2에는, 제1 실시예에 따른 플라스마 에칭 처리를 행하는 플라스마 처리 장치(200)를 나타낸다. 도 1에 나타낸 종래예에 본 발명을 적용한 것이고, 공통되는 부분에 대해서는 동일한 번호를 부여하고 설명을 생략한다. 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치(200)에서는, 도 1을 사용해서 설명한 종래의 플라스마 처리 장치(100)에 대해, 원형 도파관(0107)에 접속하여 원편파 발생기(0108)의 부하 측에 설치한 도파관(0201)의 내부에 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))를 형성했다.FIG. 2 shows a plasma processing device 200 that performs plasma etching processing according to the first embodiment. The present invention is applied to the conventional example shown in FIG. 1, and common parts are assigned the same numbers and description is omitted. In the plasma processing device 200 according to the present embodiment, compared to the conventional plasma processing device 100 described using FIG. 1, the plasma processing device 200 is connected to the circular waveguide 0107 and installed on the load side of the circular polarized wave generator 0108. Reflected wave generators (0202(a) to (c)) were formed inside the waveguide (0201).

도 3a 내지 도 3c에 도파관(0201)의 내부에 형성한 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))의 구조를 나타낸다. 도 3a 내지 도 3c의 각각 (a)에 평면도와 (b)에 (a)의 N-N 단면도를 나타낸다.3A to 3C show the structure of the reflected wave generators 0202 (a) to (c) formed inside the waveguide 0201. 3A to 3C, (a) shows a top view and (b) shows an N-N cross-sectional view of (a).

도 3a의 반사파 발생기(0202(a))는, 도 5에서 설명한 불연속부의 원형 도파관(0502)과 마찬가지로 내경을 좁힌 짧은 원형 도파관으로 이루어지는 구조이고, 직경을 좁힌 부분의 축 방향 길이는 25mm로 했다. 반사파 발생기(0202(a))를 구성하는 직경을 좁힌 원형 도파관은, 그 상하에서 접속하고 있는 원형 도파관(0201)과 중심축을 공유하고 있고 편심하고 있지 않다.The reflected wave generator 0202(a) in FIG. 3A has a structure consisting of a short circular waveguide with a narrowed inner diameter, similar to the discontinuous circular waveguide 0502 explained in FIG. 5, and the axial length of the narrowed diameter portion is 25 mm. The circular waveguide with a narrow diameter constituting the reflected wave generator 0202(a) shares a central axis with the circular waveguide 0201 connected above and below, and is not eccentric.

도 1에서 설명한 바와 같이, 측정기(0105)의 광축은 재치대(0115)에 재치된 피처리 기판(0113)의 중심으로부터 약간 어긋난 위치에 설정되어 있으므로, 측정기(0105)의 광축은 원형 도파관(0107)의 중심축으로부터 떨어진 위치에 있다. 그 때문에, 반사파 발생기(0202(a))는 측정기(0105)의 시야와 간섭해 버린다. 이것을 피하기 위해서는, 반사파 발생기(0202(a))가 측정기(0105)의 시야와 겹치는 부분에 반사파 발생기(0202(a))의 측에 노치를 설치할 필요가 있다.As explained in FIG. 1, the optical axis of the measuring device 0105 is set at a position slightly deviated from the center of the substrate to be processed 0113 placed on the stand 0115, so the optical axis of the measuring device 0105 is located in the circular waveguide 0107. ) is located away from the central axis. Therefore, the reflected wave generator 0202(a) interferes with the field of view of the measuring device 0105. To avoid this, it is necessary to install a notch on the side of the reflected wave generator 0202(a) in a portion where the reflected wave generator 0202(a) overlaps the field of view of the measuring device 0105.

도 3b의 반사파 발생기(0202(b))는 도 3a에 나타낸 반사파 발생기(0202(a))에 방위각 방향으로 90도마다 동일한 형상의 4개의 노치(0301)를 설치한 구조이다. 마찬가지로 도 3c에 나타낸 반사파 발생기(0202(c))는, 도 3a에 나타낸 반사파 발생기(0202(a))에 방위각 방향 90도의 간격으로 동일한 형상의 2개의 노치(0302)를 설치한 구조이다.The reflected wave generator 0202(b) shown in FIG. 3B has a structure in which four notches 0301 of the same shape are installed every 90 degrees in the azimuth direction on the reflected wave generator 0202(a) shown in FIG. 3A. Similarly, the reflected wave generator 0202(c) shown in FIG. 3C has a structure in which two notches 0302 of the same shape are provided at intervals of 90 degrees in the azimuth direction on the reflected wave generator 0202(a) shown in FIG. 3A.

상술한 바와 같이, 반사파 발생기(0202(a)~0202(c))는, 원편파를 저해하지 않는 것이 필요하다. 반사파 발생기(0202(a))에서는 편파면의 위치에 의존하지 않고, 산란 행렬은 동일하게 되어, 명확히 원편파를 저해하지 않는다.As described above, it is necessary that the reflected wave generators 0202(a) to 0202(c) do not interfere with circular polarized waves. In the reflected wave generator 0202(a), it does not depend on the position of the polarization plane, and the scattering matrix becomes the same, so circular polarization is clearly not impaired.

반사파 발생기(0202(b), 0202(c))에서는 서로 편파면이 방위각 방향으로 90도 다른 TE11 모드에 대해, 노치(0301, 0302)가 편파면에 대해 동일한 위치에 있기 때문에, 각 TE11 모드에 대해 산란 행렬도 동일해진다. 그 때문에 반사파 발생기(0202(a))와 마찬가지로 원편파를 저해하지 않는다.In the reflected wave generators (0202(b), 0202(c)), for TE 11 modes whose polarization planes are 90 degrees different in the azimuth direction, the notches (0301, 0302) are at the same position with respect to the polarization plane, so each TE 11 The scattering matrices also become the same for each mode. Therefore, like the reflected wave generator (0202(a)), it does not interfere with circular polarized waves.

도 3b의 반사파 발생기(0202(b))에는 방위각 방향으로 등간격으로 4개소 동일한 형상의 노치를 설치한 예를 나타냈지만, 마찬가지로 동일한 형상의 노치를 3개소, 등간격으로 설치한 형상이어도 되고, 5개소 등간격, 6개소 등간격으로 해도 된다.An example in which notches of the same shape are installed at four locations at equal intervals in the azimuth direction is shown in the reflected wave generator 0202(b) of FIG. 3B, but similarly, notches of the same shape may be installed at three locations at equal intervals. You can use 5 places at equal intervals or 6 places at equal intervals.

노치(0301, 0302)를 설치함에 의해, 재치대(0115)에 재치한 피처리 기판(0113)을 광학적으로 관찰하는 측정기(0105)의 광학 경로 설정의 자유도가 증대하는 효과가 있다.Providing the notches 0301 and 0302 has the effect of increasing the degree of freedom in setting the optical path of the measuring device 0105 that optically observes the substrate to be processed 0113 placed on the stand 0115.

도 3a 내지 도 3c에 나타낸 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))에 의해 생기는 반사파의 크기와 위상을 부하의 반사 계수에 맞춰 조절함으로써, 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))를 통해 본 부하 측의 반사 계수를 이상적으로는 제로로 할 수 있다. 조절의 수순을 이하에 설명한다. 첫째로 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c)) 중 어느 하나의 산란 행렬을 표 1에 나타내는 바와 같이 계산 또는 측정에 의해 준비해 둔다. 또한 부하의 반사 계수를 측정 또는 계산에 의해 구한다.By adjusting the size and phase of the reflected wave generated by the reflected wave generators 0202(a) to (c) shown in FIGS. 3A to 3C according to the reflection coefficient of the load, the reflected wave generators 0202(a) to (c) are Ideally, the reflection coefficient on the load side can be set to zero. The adjustment procedure is explained below. First, the scattering matrix of any one of the reflected wave generators 0202(a) to (c) is prepared by calculation or measurement as shown in Table 1. Additionally, the reflection coefficient of the load is obtained by measurement or calculation.

예를 들면 반경 a(m)의 원형 도파관의 최저차 모드인 TE11 모드의 관내 파장 λg(m)는 주파수 f(㎐)의 경우, 식 (3)으로 계산할 수 있다.For example, the wavelength λ g (m) within the tube of the TE 11 mode, which is the lowest order mode of a circular waveguide of radius a (m), can be calculated using equation (3) for the frequency f (Hz).

[수식 8][Formula 8]

단 c는 광속(m/s)이다. 내경 90mm의 원형 도파관에 대해, TE11 모드의 파장은 주파수 2.45㎓의 경우, (수식 8)로부터 202.5mm로 된다.However, c is the speed of light (m/s). For a circular waveguide with an inner diameter of 90 mm, the wavelength of TE 11 mode is 202.5 mm from (Equation 8) for a frequency of 2.45 GHz.

또한 (수식 2)를 사용해서, 길이 L의 TE11 모드 원형 도파관의 산란 행렬이 구해진다. 부하의 반사 계수와 (수식 2), (수식 8)을 사용해서, 부하에 길이 L의 원형 도파관을 접속했을 경우의 반사 계수를 구할 수 있다. 원형 도파관의 손실을 무시할 수 있을 경우, 원형 도파관 접속 후의 반사 계수는, 접속 전에 비해, 크기는 동일하고 위상만이 변한다.Also, using (Equation 2), the scattering matrix of the TE 11 mode circular waveguide of length L is obtained. Using the reflection coefficient of the load and (Equation 2) and (Equation 8), the reflection coefficient when a circular waveguide of length L is connected to the load can be obtained. If the loss of the circular waveguide can be ignored, the reflection coefficient after the circular waveguide is connected has the same size and only the phase changes compared to before the connection.

원형 도파관의 길이 L을 바꿈으로써 부하의 반사 계수의 위상을 조정할 수 있다. 또한 반사파 발생기(반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))에 상당)를 접속해서, 전체의 산란 행렬을 구할 수 있다. 즉, 부하에 길이 L의 원형 도파관(원형 도파관(0107 및 0201)에 상당) 및 반사파 발생기(반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))에 상당)를 접속하면, 1포트의 마이크로파 회로로 되고, 전체의 반사 계수를 산란 행렬 등으로부터 구할 수 있다. 도파관 길이 L과 반사파 발생기(반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))에 상당)의 내경의 최적값을, 반사파를 최소로 하는 것을 기준으로 해서 구할 수 있다. 구한 최적값을 적용함으로써, 부하 측의 반사 계수를 작게 할 수 있다.By changing the length L of the circular waveguide, the phase of the reflection coefficient of the load can be adjusted. Additionally, by connecting a reflected wave generator (equivalent to reflected wave generators 0202(a) to (c)), the entire scattering matrix can be obtained. In other words, if a circular waveguide of length L (corresponding to circular waveguides (0107 and 0201)) and a reflected wave generator (corresponding to reflected wave generators (0202 (a) to (c))) are connected to the load, it becomes a 1-port microwave circuit. , the overall reflection coefficient can be obtained from the scattering matrix, etc. The optimal values of the waveguide length L and the inner diameter of the reflected wave generator (corresponding to the reflected wave generators 0202(a) to (c)) can be obtained based on minimizing the reflected wave. By applying the obtained optimal value, the reflection coefficient on the load side can be reduced.

표 1에 상당하는 데이터를 다수 준비함으로써, 부하 측의 반사 계수의 크기를 보다 작게 할 수 있다.By preparing a large number of data corresponding to Table 1, the magnitude of the reflection coefficient on the load side can be made smaller.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 마이크로파의 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마를 사용하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 원편파 발생기의 부하 측, 원형 도파관 내에 불연속부(반사파 발생기)를 장하하고, 부하의 반사 계수에 따라, 부하에서 생기는 반사파를 상쇄하는 파를 불연속부에서 발생시키는 구성으로 하고, 이 불연속부에서 발생하는 파의 진폭과 위상은 부하의 반사 계수에 맞춰 조정하고, 불연속부는 내경을 좁힌 짧은 원형 도파관으로 구성하고, 파의 진폭은 형상(스로틀의 내경)으로, 위상은 스로틀의 축 방향 위치로 조정하도록 했다.As described above, in this embodiment, in the plasma processing device using plasma generated by high-frequency power of microwaves, a discontinuous portion (reflected wave generator) is loaded in the circular waveguide on the load side of the circular polarized wave generator, and the load According to the reflection coefficient, a wave that cancels out the reflected wave generated from the load is generated from the discontinuity, the amplitude and phase of the wave generated from this discontinuity are adjusted according to the reflection coefficient of the load, and the discontinuity has a narrow inner diameter. It is composed of a short circular waveguide, and the amplitude of the wave is adjusted by the shape (inner diameter of the throttle) and the phase is adjusted by the axial position of the throttle.

이에 의해, 본 실시예에 따르면, 원형 도파관 내를 전파하는 원편파를 저해하지 않고, 또한 대체로 임의의 반사 계수를 갖는 구조를 실현할 수 있게 되었다. 그리고, 이 반사 계수의 크기와 원편파의 위상을 조정하여 플라스마 처리실 측으로부터 도파관의 측으로 초래되는 반사파를 상쇄함으로써, 마이크로파 전력의 손실을 억제하여, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능하게 되었다.As a result, according to this embodiment, it is possible to realize a structure that does not inhibit circularly polarized waves propagating within a circular waveguide and has a substantially arbitrary reflection coefficient. Then, by adjusting the magnitude of the reflection coefficient and the phase of the circular polarization wave to cancel out the reflected wave coming from the plasma processing chamber side to the waveguide side, it became possible to suppress the loss of microwave power and suppress the occurrence of abnormal discharge.

불연속부를 구성하는 반사파 발생기(0202(b) 또는 0202(c))에는 중심에 대해 방위각 방향의 대칭 위치에 복수의 노치(0301 또는 0302)를 형성함으로써, 노치(0301 또는 0302)의 위치의 대칭성은 원편파를 저해하지 않기 위함. 마이크로파의 손실 방지를 위해 특히 표면에 도전률의 높은 재료를 사용하도록 했다.By forming a plurality of notches (0301 or 0302) at symmetrical positions in the azimuthal direction with respect to the center in the reflected wave generator (0202(b) or 0202(c)) constituting the discontinuity, the symmetry of the positions of the notches (0301 or 0302) is achieved. In order not to interfere with circular polarization. To prevent microwave loss, a material with high conductivity was used, especially on the surface.

이와 같이 반사파 발생기(0202(b) 또는 0202(c))에 노치(0301 또는 0302)를 설치함에 의해, 플라스마 처리실(0114) 중에서 재치대(0115)에 재치된 피처리 기판(0113)을 측정기(0105)에서 광학적으로 관찰하기 위한 광로를 확보할 수 있도록 했다. 이에 의해 플라스마 처리를 insitu로 관찰할 수 있으므로, 플라스마 처리의 고품질화가 가능해진다.In this way, by providing the notch 0301 or 0302 on the reflected wave generator 0202(b) or 0202(c), the substrate to be processed 0113 placed on the stand 0115 in the plasma processing chamber 0114 can be connected to the measuring device ( 0105) to secure an optical path for optical observation. As a result, the plasma treatment can be observed in situ, making it possible to improve the quality of the plasma treatment.

즉, 본 실시예에 따르면, 즉석 관찰 수단을 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 원형 도파관 내를 전파하는 원편파를 저해하지 않고, 또한 대체로 임의의 반사 계수를 갖는 구조를 실현할 수 있고, 이 반사 계수의 크기와 위상을 조정해서, 플라스마 처리실 측으로부터 초래되는 반사파를 없앨 수 있게 되었다. 이에 의해, 전력 손실이나 이상 방전의 문제를 해결해서 가열 대상으로 되는 부재에 효율적으로 또한 균일하게 마이크로파 전력을 공급할 수 있고, 플라스마 처리의 즉석 관찰을 행하면서 플라스마 처리의 품질 향상이나 처리 시간의 단축을 실현할 수 있게 되었다.That is, according to this embodiment, in the plasma processing device provided with an instantaneous observation means, it is possible to realize a structure that does not interfere with the circularly polarized wave propagating in the circular waveguide and has a substantially arbitrary reflection coefficient, and this reflection coefficient By adjusting the size and phase, it was possible to eliminate reflected waves coming from the plasma processing room. This solves the problem of power loss and abnormal discharge, makes it possible to efficiently and uniformly supply microwave power to the member to be heated, and improves the quality of the plasma treatment and shortens the processing time while performing immediate observation of the plasma treatment. It has become possible to realize it.

실시예 2 Example 2

제2 실시예로서, 마이크로파원, 원형 도파관, 당해 원형 도파관 내에 설치한 원편파 발생기, 당해 원편파 발생기의 출력 측에 설치한 불연속부를 갖는 가열 장치에 있어서, 불연속부는 원편파를 저해하지 않는 축 대칭인 구조로 하고, 마이크로파 전자계의 축 대칭성을 무너뜨리지 않고 반사파를 상쇄하는 파를 발생시켜, 양호한 균일성으로 피처리물을 가열할 수 있도록 구성한 예를 설명한다.As a second embodiment, a heating device having a microwave source, a circular waveguide, a circularly polarized wave generator installed within the circular waveguide, and a discontinuity provided on the output side of the circularly polarized wave generator, wherein the discontinuity is axially symmetric and does not impede the circular polarized wave. An example will be described in which a phosphor structure is used to generate a wave that cancels out reflected waves without breaking the axial symmetry of the microwave electromagnetic field and to heat the object to be treated with good uniformity.

도 4에 본 실시예에 따른 가열 장치(400)를 나타낸다. 본 실시예에 따른 가열 장치(400)는, 마이크로파의 발진기(마이크로파 발생원)(0401), 아이솔레이터(0402), 정합기(0403), 직사각형 도파관(0404), 측정기(0405), 원-직사각형 변환기(0406), 원형 도파관(0407), 원편파 발생기(0408), 반사파 발생기(0409), 가열실(0410), 시료(0411)를 재치하는 재치대(0412)를 구비하고 있다.Figure 4 shows a heating device 400 according to this embodiment. The heating device 400 according to this embodiment includes a microwave oscillator (microwave generator) 0401, an isolator 0402, a matcher 0403, a rectangular waveguide 0404, a measuring device 0405, and a circular-rectangular converter ( 0406), a circular waveguide (0407), a circularly polarized wave generator (0408), a reflected wave generator (0409), a heating chamber (0410), and a mounting table (0412) for placing the sample (0411).

이러한 구성에 있어서 가열 장치(400)는, 마이크로파 발생원(0401)에서 주파수 2.45㎓의 마이크로파를 발생시켜, 아이솔레이터(0402), 정합기(0403)를 통해 직사각형 도파관(0404)에 의해 전송한다. 직사각형 도파관(0404)은 최저차 모드인 TE10 모드로 동작하는 내측 단면이 109.2mm×54.6mm인 것을 사용했다. 마이크로파 발생원(0401)으로서 마그네트론을 사용했다. 아이솔레이터(0402)는 부하 측으로부터의 반사파가 마이크로파 발생원(0401)으로 되돌아가 파손하는 것을 방지하는 작용을 한다. 정합기(0403)는 부하의 임피던스 부정합에 의해 생기는 반사파를 없애는 작용을 한다. 정합기(0403)로서 수동의 3 스터브 튜너를 사용했지만, 자동 정합기를 사용해도 된다.In this configuration, the heating device 400 generates microwaves with a frequency of 2.45 GHz from the microwave generator 0401 and transmits them through the isolator 0402 and the matching device 0403 through the rectangular waveguide 0404. A rectangular waveguide (0404) with an inner cross-section of 109.2 mm × 54.6 mm operating in TE 10 mode, the lowest order mode, was used. A magnetron was used as a microwave generator (0401). The isolator (0402) prevents reflected waves from the load from returning to the microwave generator (0401) and damaging them. The matcher (0403) functions to eliminate reflected waves caused by impedance mismatch of the load. A manual three-stub tuner was used as the matcher (0403), but an automatic matcher may also be used.

또한 마이크로파는 원-직사각형 변환기(0406)를 통해 원형 도파관(0407)에 의해 가열실(0410)에 도입된다. 원형 도파관(0407)은 최저차 모드인 TE11 모드로 동작하는 내경 90mm의 것을 사용했다. 원-직사각형 변환기(0406)는 마이크로파의 진행 방향을 직각으로 구부리는 작용도 함께 갖는다.Microwaves are also introduced into the heating chamber 0410 by a circular waveguide 0407 through a circular-to-rectangular transducer 0406. The circular waveguide (0407) with an inner diameter of 90 mm operating in TE 11 mode, the lowest order mode, was used. The circular-rectangular converter (0406) also has the effect of bending the direction of microwave propagation at a right angle.

원형 도파관(0407) 내에는 원편파 발생기(0408)가 있으며, 직선 편파로서 입사한 마이크로파를 원편파로 변환한다. 또한 원편파 발생기(0408)의 부하 측에 반사파 발생기(0409)가 있으며, 반사파를 발생시키는 기능을 갖는다. 당해 반사파 발생기(0409)는 원편파를 저해하지 않는다. 즉 원편파를 입사 측으로부터 접속했을 경우, 반사파 및 투과파가 원편파로 된다. 반사파 발생기(0409)는, 실시예 1에 있어서도 3a 내지 도 3c를 사용해서 설명한 도파관(0201)의 내부에 형성한 불연속부를 구성하는 반사파 발생기(0202(a) 내지 (c))와 동일한 구조를 갖고, 동일한 작용 및 효과가 얻어진다.There is a circular polarization generator (0408) within the circular waveguide (0407), which converts incident microwaves as linearly polarized waves into circularly polarized waves. Additionally, there is a reflected wave generator (0409) on the load side of the circular polarized wave generator (0408) and has the function of generating reflected waves. The reflected wave generator (0409) does not interfere with circular polarized waves. That is, when a circularly polarized wave is connected from the incident side, the reflected wave and the transmitted wave become circularly polarized waves. The reflected wave generator 0409 has the same structure as the reflected wave generators 0202 (a) to (c) that constitute the discontinuity formed inside the waveguide 0201 described using FIGS. 3A to 3C also in Example 1. , the same action and effect are obtained.

가열실(0410) 내에는 시료(0411)를 재치하는 재치대(0412)와 시료(0411)가 있다. 가열실(0410)은 대체로 원통 형상이고, 재치대(0412)는 당해 원통 형상의 가열실(0410)의 중심축과 대체로 동축으로 배치되어 있다. 또한 원형 도파관(0407)은 가열실(0410)의 중심축과 동축으로 접속되어 있다. 원편파 발생기(0408)에서 생성한 원편파는 가열실(0410) 내에 투입되어, 시료(0411)를 가열한다.In the heating chamber 0410, there is a table 0412 on which the sample 0411 is placed and the sample 0411. The heating chamber 0410 has a generally cylindrical shape, and the mounting table 0412 is arranged substantially coaxially with the central axis of the cylindrical heating chamber 0410. Additionally, the circular waveguide 0407 is coaxially connected to the central axis of the heating chamber 0410. The circularly polarized wave generated by the circularly polarized wave generator 0408 is introduced into the heating chamber 0410 to heat the sample 0411.

이러한 구성에 있어서, 원편파 발생기(0408)에 의해 발생한 원편파는 편파면이 마이크로파의 주파수로 회전하기 때문에, 원형 도파관(0407)의 중심축에 대한 방위각 방향으로 1주기 동안에 흡수 전력이 평활화된다. 즉 원편파에 의해 방위각 방향으로 균일한 흡수 전력 분포를 실현할 수 있다. 이에 의해 시료(0411)의 방위각 방향의 가열 불균일을 저감할 수 있다.In this configuration, since the polarization plane of the circularly polarized wave generated by the circularly polarized wave generator 0408 rotates at the frequency of the microwave, the absorbed power is smoothed during one cycle in the azimuthal direction with respect to the central axis of the circular waveguide 0407. In other words, uniform absorption power distribution in the azimuth direction can be realized by circular polarization. As a result, heating unevenness in the azimuth direction of the sample 0411 can be reduced.

또한, 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지로, 반사파 발생기(0409)에 의한 반사파의 크기와 위상을 부하의 반사 계수에 따른 최적값으로 조정함에 의해, 반사파를 저감해서 투입 전력을 유효하게 시료(0411)의 가열에 사용할 수 있다. 또한 정합기(0403)의 부담을 저감할 수 있다.In addition, as explained in Example 1, by adjusting the size and phase of the reflected wave by the reflected wave generator 0409 to the optimal value according to the reflection coefficient of the load, the reflected wave is reduced and the input power is effectively used to control the sample 0411. Can be used for heating. Additionally, the burden on the matching device (0403) can be reduced.

또한 상술과 같이 원편파 발생기(0408)는 정합 부하에 대해 최적화되어 있는 경우가 많아, 부정합의 부하의 경우에 축비가 악화할 경우가 있지만, 반사파 발생기(0409)의 사용에 의해, 원편파 발생기(0408)의 동작 불량을 방지할 수 있다.Additionally, as described above, the circular polarized wave generator 0408 is often optimized for matched loads, and in the case of mismatched loads, the axial ratio may deteriorate. However, by using the reflected wave generator 0409, the circular polarized wave generator ( 0408) malfunction can be prevented.

본 실시예에 따르면, 도파관 내의 소정의 위치에 원하는 반사파를 발생시키는 불연속부를 구비하고, 이 불연속부에서 생성하는 반사파로, 도파관의 부하 측으로부터 생기는 반사파를 상쇄하도록 구성한 것에 의해, 가열 대상으로 되는 부재에 효율적으로 또한 균일하게 마이크로파 전력을 공급할 수 있게 되었다.According to this embodiment, a discontinuous portion that generates a desired reflected wave is provided at a predetermined position in the waveguide, and the reflected wave generated by this discontinuous portion is configured to cancel out the reflected wave generated from the load side of the waveguide, thereby forming a member to be heated. It has become possible to supply microwave power efficiently and uniformly.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.As mentioned above, the invention made by the present inventor has been described in detail based on examples. However, the present invention is not limited to the above examples, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the invention. For example, the above-described embodiments have been described in detail to easily explain the present invention, and are not necessarily limited to having all the described configurations. Additionally, for some of the configurations of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace other configurations.

100, 200 플라스마 처리 장치
0101, 0401 마이크로파의 발진기 0102, 0402 아이솔레이터
0103 자동 정합기 0104, 0404 직사각형 도파관
0105, 0405 광학적으로 관찰하는 측정기
0106, 0406 원-직사각형 변환기 0107, 0201, 0407 원형 도파관
0108, 0408 원편파 발생기 0109 정자계의 발생 장치
0110 공동부 0111 유전체창
0112 샤워 플레이트 0113 피처리 기판
0114 플라스마 처리실 0115, 0412 재치대
0202, 0202(a), 0202(b), 0202(c), 0409 반사파 발생기
0301, 0302 노치 0403 정합기
0410 가열실 0411 시료
0501 원형 도파관
0502 불연속부를 형성하는 원형 도파관 0503 원형 도파관
0504 포트 1 0505 포트 2
100, 200 plasma processing device
0101, 0401 microwave oscillator 0102, 0402 isolator
0103 automatic matcher 0104, 0404 rectangular waveguide
0105, 0405 Optical observation measuring instrument
0106, 0406 circular-rectangular converter 0107, 0201, 0407 circular waveguide
0108, 0408 Circular polarization generator 0109 Static field generator
0110 Joint Department 0111 Genome Window
0112 shower plate 0113 substrate to be processed
0114 Plasma processing room 0115, 0412 platform
0202, 0202(a), 0202(b), 0202(c), 0409 reflected wave generator
0301, 0302 notch 0403 matcher
0410 heating chamber 0411 sample
0501 circular waveguide
0502 Circular waveguide forming a discontinuity 0503 Circular waveguide
0504 Port 1 0505 Port 2

Claims (8)

시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 원형 도파관을 통해 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 원형 도파관을 통해 플라스마 상태를 광학적으로 모니터하는 모니터 장치와, 상기 원형 도파관의 내부에 배치되고 원편파를 생성하는 원편파 생성기와, 상기 시료가 재치되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 원편파 생성기와 상기 처리실 사이 또한, 상기 원형 도파관의 내부에 배치된 반사파 생성기를 더 구비하고,
상기 반사파 생성기는, 상기 처리실로부터 전파하는 반사파를 원편파를 저해하지 않고 상쇄하는 반사파를 생성하고,
상기 플라스마 상태를 광학적으로 모니터하기 위한 광로가 상기 반사파 생성기에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
A processing chamber in which the sample is treated with plasma, a high-frequency power source that supplies high-frequency power of microwaves through a circular waveguide, a monitor device that optically monitors the plasma state through the circular waveguide, and a circular polarized wave disposed inside the circular waveguide. In a plasma processing device including a circular polarized wave generator and a sample stage on which the sample is placed,
Further comprising a reflected wave generator disposed between the circular polarized wave generator and the processing chamber and inside the circular waveguide,
The reflected wave generator generates a reflected wave that cancels out the reflected wave propagating from the processing chamber without interfering with the circular polarized wave,
A plasma processing device, characterized in that an optical path for optically monitoring the state of the plasma is formed in the reflected wave generator.
제1항에 있어서,
상기 반사파 생성기의 중심축은, 상기 원형 도파관의 중심축과 동일한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 1,
A plasma processing device, characterized in that the central axis of the reflected wave generator is the same as the central axis of the circular waveguide.
제1항에 있어서,
상기 반사파 생성기의 내경은, 부하의 반사 계수를 기초로 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 1,
A plasma processing device, characterized in that the inner diameter of the reflected wave generator is defined based on the reflection coefficient of the load.
제1항에 있어서,
상기 반사파 생성기의 중심축의 방향에 있어서의 상기 반사파 생성기의 위치는, 부하의 반사 계수를 기초로 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 1,
A plasma processing device, wherein the position of the reflected wave generator in the direction of the central axis of the reflected wave generator is defined based on the reflection coefficient of the load.
제3항에 있어서,
상기 반사파 생성기의 중심축의 방향에 있어서의 상기 반사파 생성기의 위치는, 부하의 반사 계수를 기초로 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 3,
A plasma processing device, wherein the position of the reflected wave generator in the direction of the central axis of the reflected wave generator is defined based on the reflection coefficient of the load.
제1항에 있어서,
상기 반사파 생성기는, 복수의 노치부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 1,
A plasma processing device characterized in that the reflected wave generator has a plurality of notches.
제6항에 있어서,
상기 노치부는, 상기 원편파의 편파면에 대해 동일한 위치로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
According to clause 6,
A plasma processing device characterized in that the notch portion is formed to be at the same position with respect to the polarization plane of the circularly polarized wave.
시료가 가열되는 가열실과, 원형 도파관을 통해 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 원형 도파관의 내부에 배치되고 원편파를 생성하는 원편파 생성기를 구비하는 가열 장치에 있어서,
상기 원편파 생성기와 상기 가열실 사이 또한, 상기 원형 도파관의 내부에 배치된 반사파 생성기를 더 구비하고,
상기 반사파 생성기는, 상기 가열실로부터 전파하는 반사파를 원편파를 저해하지 않고 상쇄하는 반사파를 생성하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
A heating device comprising a heating chamber in which a sample is heated, a high-frequency power source that supplies high-frequency power of microwaves through a circular waveguide, and a circularly polarized wave generator disposed inside the circular waveguide and generating a circularly polarized wave,
Further comprising a reflected wave generator disposed between the circular polarized wave generator and the heating chamber and inside the circular waveguide,
A heating device, wherein the reflected wave generator generates a reflected wave that cancels out the reflected wave propagating from the heating chamber without interfering with the circularly polarized wave.
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